INVENTORES: John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain
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Primer Transistor BIPOLAR
1950
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TIPOS DE TRANSISTORES Se deposita Alumunio para Los contactos
Se generan por difusión
Boro se difunde para Crear P+ As o P se difunde para Generar N+ Se crece epitexialmente
Capa de alta resistividad N (epilayer) => util como aislamiento eléctrico ya que el colector esta altos voltajes inversos
Presenta Poca resistencia => Sirve de camino entre la Region activa del trt y el Contacto de salida del colector 5
FOTOLITOGRAFIA a) Aplicación de la fotoresistencia Radiación UV b) Exposicion de la fotoresistencia a traves de una mascara c) Luego del revelado. La fotorresistencia negativa se polimeriza ante la influencia de la luz => el “developer” (solución alcalina no podrá removerlo, la situación inversa se presenta en el caso de la fotorresistencia positiva d) Luego de la remoción (etching) del SiO2 mediante ácidos o buferes como el HF 6
PRODUCCION de SILICIO 1) Mediante un horno de Arco Eléctrico (la corriente pasa por el material) el dióxido de silicio sufre la reacción de reducción a 1900 °C: SiO2 + C → Si + CO2. SiO2 + 2C → Si + 2CO.
El Si se deposita en el fondo del horno = Silicio Grado Metalúrgico (98 % de pureza).
POLICRISTALINO
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PURIFICACION: Si + 2 Cl2 → SiCl4 (Tetracloruro de Silicio) Silicio grado Metalúrgico 3SiCl4 + Si + 2H2 → 4HSiCl3 4HSiCl3 → 3SiCl4 + SiH4 SiH4 → Si + 2H2
Reacción de reducción por H
Silicio Grado Semiconductor Aun es POLICRISTALINO
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CRECIMIENTO DE CRISTALES Proceso de Crecimiento Czochralki
crisol
Lingotes De longitudes Hasta 100 cm
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Se corta el lingote con Una sierra de diamante de alta velocidad, Con anchos de aproximadamente 0.4 a 1.0 mm
Requiere etapas de para pulir la superficie de la oblea, con abrasivos Como el diamante y luego remocion quimica (etching) => su ancho Se reduce a 1/3 del ancho cuando fue cortada. 13
Ventajas de los grandes diámetros de las obleas
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PROCESOS DE FABRICACIÓN
Oxidación Difusión Implantación de Iones Fotolitografía Epitaxia Metalización e Interconexiones. 15
1.OXIDACIÓN TERMICA
O2 ó H2O + Gas portador
• Se utiliza en los procesos de fabricación planos, con el fin de crear una capa de siO2 que sirve de apantallamiento de las regiones del semiconductor que por ejemplo NO se quieren DOPAR ya que muchos de los dopantes como el BORO, FOSFORO, ARSENICO y ANTIMONIO tienen constantes de DIFUSION muy grandes en el siO2 !!! •Se Introduce a la cámara de calentamiento:
Obleas
A) Oxigeno Seco: o2 (Es lento pero las características eléctricas de SiO2 son excelentes)
B) Mezcla humeada: O2 + H2O Con el calentamiento ocurre la reacción: Cámara de Calentamiento 16
CINETICA DEL CRECIMIENTO de la PELICULA SiO2
Excelente máscara de Difusión para Dopantes comunes
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Técnicas Etching = PROCESO DE REMOCIÓN SELECTIVA de un SC, Metal o SiO2 Existen dos tipos de Etching: 1)Húmedo : Las obleas son inmersas en una solución química a cierta temperatura 2) (Seco) Plasma: Las obleas son inmersas en un plasma gaseoso creado por campos eléctricos en las frecuencias de radio aplicado a un gas como el Argón
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Etching Húmedo.
El HF de manera selectiva remueve el SiO2 y NO el Si
Desventajas del Etching Húmedo: 1)Falta de Anisotropía 2)Proceso de Control es poco. 3)Excesiva contaminación por partículas
NO se utiliza en procesos de fabricación DONDE EL TAMANO es CRITICO
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DIFUSION
A) PREDEPOSICION: es el control de la cantidad de Dopante
B) Proceso “Drive-In”: control del proceso de esparcimiento del dopante
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FUENTES DE DOPANTES
A) Líquidos: POCL3 = fuente de fosforo
Resistencias (calentadores) Tubo de Cuarzo
Gases que portan El Dopante: O2 y N2
Ventilación
Obleas de Si Bote de Cuarzo
Las altas temperaturas (1000 °C) hará que las enlaces se quiebren (desaparezcan) y pueda ocurrir la aparición de vacancias para los dopantes. 21
b) Dopantes Solidos C) Dopantes Gaseosos
D) Spin-Glasses
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DINAMICA DE LA DIFUSIÓN
Primera Ley de Fick :
∂ C ( x, t ) J ( x, t ) = − D ⋅ ∂x
2 cm [D] =
sec
Mediante la Ecuación de Continuidad:
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IMPLANTACIÓN DE IONES Rayo de iones creados provenientes de un gas como el PH3 (que contiene el dopante P) al cual se le ha aplicado una descarga eléctrica. “Portador”: Campo eléctrico “Filtro de Impurezas” Campo Magnético
Oblea de 300 mm
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Ventajas de la Implantación de Iones
• Los Niveles de Dopaje se pueden controlar
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• • •
precisamente mediante ya que el rayo de iones se puede MEDIR COMO UNA CORRIENTE ELECTRICA MEDIANTE EL CONTROL DE LA VELOCIDAD de los iones es posible lograr IMPLANTACIONES a profundidades MUY PEQUEÑAS. Se puede controlar la UNIFORMIDAD del dopaje REQUIERE BAJAS TEMPERATURAS ALTA DEFINICION en el área DOPADA. 26
DESVENTAJAS de la Implantación de iones. Daño en el estructura Cristalina:
Se requerirá ANNEALING: PROCESO DE RECALENTAMIENTO Del SC en el intervalo de 600 a 1000 °C
SE recupera la estructura Cristalina Del SC !!! RTA: rapid Thermal Annealing Es posible hacer el proceso de Annealing Mediante Energía optica radiante i.e: las Obleas SC (aisladas termicamente mediante Cuarzo) se impactan mediante esta energía e.g: lámpara de hologena de tungsteno de Λ = 0.3 a 4 µm 27
Perdida de Energía en la Implantación de Iones. 1. Colisión entre Núcleos del rayo incidente y núcleos de la red cristalina
OCURRE A ALTAS ENERGIAS Del rayo incidente 2. Colisión Núcleo (del rayo) y electrones de la red cristalina.
OCURRE A BAJAS ENERGIAS Del rayo incidente
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FOTOLITOGRAFIA
El proceso Se realiza a temperatura ambiente
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PASOS en el proceso de FOTOLITOGRAFIA
Se ha eliminado el SiO2
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SISTEMAS DE EXPOSICION de OBLEAS
Alta resolución Pero produce alta Densidad de defectos en las Obleas por impurezas (polvo)
Baja resolución (resolución Por encima de 5 um) pero evita defectos por contaminación
§ Alta resolución § Baja densidad de defectos
Es el más utilizado actualmente
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CRECIMIENTO EPITAXIAL Típicamente se utiliza cuando se requiere depositar películas (capas) de SC con Dopajes menores que las capas o películas a mayor profundidad, algo que mediante Los procesos de difusión y/o implantación de iones NO es posible realizar:
1. Limpieza de la superficie Mediante químicos como El HCl
2. Deposición del material dopante mediante CVD 32
CVD (Chemical Vapor Deposition)
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1. Descomposición del gas
2. Transporte a la superficie de la oblea
3. Adsorción
4. DIFUSION
5. Descomposición 6. Reacción de subproductos (by – products) 34
METALIZACION 1. Deposición por Evaporación (PVD)
Aluminio : su temperatura de fusión es menor que la del aluminio Tungsteno
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2. Deposición por Sputtering (pulverización Cátodica): Ánodo
Ioniza el gas Ar
Alto voltaje Cátodo 36
Para Lograr Contactos OHMICOS: § En Si dopado P+ e.g > 10^16 al depositar aluminio forma un buen contacto óhmico. § En Si Dopado con N+ al depositar aluminio forma un buen contacto óhmico pero NO si es N (no fuertemente dopado).