Technologie hochintegrierter Schaltungen

Es gibt wohl keine Technik, die sich jemals so stürmisch entwickelt hat wie die Mikroelektronik. Der Weltmarkt für Integrierte Schaltungen wächst jährlich um etwa 15%. Man geht davon aus, daß dieses Wachstum noch viele Jahre ungebremst anhalten wird (Abb. 1.1 a). Im Jahr 2010 könnte der Weltmarkt für Integrierte Schaltungen den Automobil-Weltmarkt überflügeln.

Integrierte Schaltungen werden mit Hilfe der Planartechnik hergestellt. Darunter versteht man eine Reihe von aufeinanderfolgenden technologischen Einzelprozessen an einkristallinen Halbleiterscheiben. Die Einzelprozesse lassen sich dabei folgenden vier Gruppen zuordnen: Die grundlegende Prozeßfolge bei der Herstellung von Integrierten Schaltungen ist in Abb. 2.1 am Beispiel eines Transistors in einer Integrierten MOS-Schaltung dargestellt.

Der Herstellungsprozeß für eine Integrierte Halbleiterschaltung geht von einer monokristallinen Siliziumscheibe aus. Im Verlauf des Herstellungsprozesses werden auf die Siliziumscheibe mehrere Schichten aufgebracht, die in der Regel strukturiert werden, also nur bereichsweise stehenbleiben. In der fertigen Integrierten Schaltung dienen die strukturierten Schichten als elektrische Leiterbahnen oder als Isolations- bzw. Passivierungsschichten. Während des Herstellungsprozesses der Integrierten Schaltungen üben die strukturierten Schichten darüber hinaus häufig eine maskierende, dotierende oder getternde Funktion aus.

Die in der Siliziumtechnologie verwendeten Schichten (s. Kap. 3) müssen auf den Siliziumscheiben in eine Vielzahl von einzelnen Bereichen, z.B. Leiterbahnen unterteilt werden. Diese Strukturierung erfolgt heute fast durchweg mit Hilfe der lithographischen Technik (Abb. 4.1). Das wesentliche Merkmal dieser Technik ist eine strahlungsempfindliche Resistschicht, die in den gewünschten Bereichen so bestrahlt wird, daß in einem geeigneten Entwickler nur die bestrahlten (oder unbestrahlten) Bereiche entfernt werden. Das so entstehende Resistmuster dient dann als Maske bei einem darauffolgenden Prozeßschritt, z.B. bei einer Ätzung oder einer Ionenimplantation. Schließlich wird die Resistmaske wieder abgelöst. Die Resistmaske übt somit nur eine vorübergehende Funktion aus, ist also nicht Bestandteil der Integrierten Schaltung (Ausnahme s. Abb. 3.12.1 c).

Mit den Verfahren der Ätztechnik werden entweder Schichten ganzflächig entfernt oder lithographisch erzeugte Maskenmuster in die darunterliegende Schicht übertragen. Die Qualität der Strukturübertragung hängt von der Art des Ätzprozesses ab. Abbildung 5.1 zeigt charakteristische Ätzprofile. Bei einem isotropen Ätzprozeß erfolgt der Ätzangriff richtungsunabhängig. Die Schicht unter der Maske wird deshalb unterätzt (Abb. 5.1 a). Ein anisotroper Ätzprozeß zeichnet sich durch eine gerichtete Ätzwirkung aus. Erfolgt der Ätzabtrag ausschließlich senkrecht zur Scheibenoberfläche, so wird die Struktur der Maske maßhaltig in die darunterliegende Schicht übertragen (Abb. 5.1 b). Häufig stellt sich das in Abb. 5.1 c dargestellte Ätzprofil ein. Ein Maß für den Grad an Anisotropie ist der Anisotropiefaktor f. Für ihn gilt: Mit der Ätzrate

In den vorhergehenden Kapiteln wurde bereits mehrfach auf die schädliche Wirkung von Verunreinigungen (Kontaminationen) im Siliziumsubstrat, in den Schichten und auf den Oberflächen eingegangen. In diesem Kapitel soll die Thematik der Verunreinigungen zusammenfassend dargestellt werden. Die Maßnahmen zur Vermeidung bzw. Beseitigung der Verunreinigungen werden aufgezeigt.

In Kapitel 2 wurden bereits die Grundzüge eines Gesamtprozesses für Integrierte Schaltungen erläutert. Im vorliegenden Kapitel wird die Architektur der wichtigsten Gesamtprozesse (Technologien) näher beschrieben, die heute bzw. in den nächsten Jahren weltweit eingesetzt werden.