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TRANSISTOR DE PUNTO
DE CONTACTO (1947)
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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
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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
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http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/pn/diodeframe.html
VSLI website:
http://www.eng.tau.ac.il/~yosish/courses/vlsi1/
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SiO2
Cuarzo:
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Arena:
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
•
•
•
•
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.
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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
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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
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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)
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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
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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).
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