1. Grundlagen
Der grundlegende Aufbau und die Funktionsweise dieses Bauteils werden im Grundlagen-Kapitel Transistoren und Speicher erklärt. Im Folgenden geht es um die Fertigung im Detail.
2. Herstellung eines n-Kanal-FET
1. Substrat
Grundlage für einen n-Kanal-Feldeffekttransistor ist ein p-dotiertes Siliciumsubstrat, als Dotierstoff dient Bor.
2. Oxidation
Auf dem Substrat wird Siliciumdioxid SiO2 (das Gateoxid, kurz GOX) in einer Trockenoxidation erzeugt. Es dient zur Isolation zwischen dem später abgeschiedenen Gate und dem Substrat.
3. Abscheidung
In einem LPCVD-Prozess wird Nitrid abgeschieden, es dient später bei der Feldoxidation als Maskierung.
4. Fototechnik
Auf dem Nitrid wird ein Fotolack aufgebracht, belichtet und entwickelt. So erhält man eine strukturierte Lackschicht, die als Ätzmaske dient.
5. Ätzen
Der Lack maskiert das Nitrid, lackfreie Bereiche werden mittels reaktivem Ionenätzen entfernt.
6. Lackentfernen
Nach der Strukturübertragung der Lackmaske in das Nitrid, wird der Resist mit einer Entwicklerlösung nasschemisch entfernt.
7. Oxidation
Das Nitrid dient als Maske, nur auf den Nitrid freien Bereichen findet eine thermische Nassoxidation statt. Das Feldoxid (FOX, z.B. 700 nm) dient zur seitlichen Isolation zu benachbarten Bauteilen.
8. Ätzen
Nach der Oxidation wird das Nitrid in einem nasschemischen Ätzprozess entfernt.
9. Abscheidung
In einem LPCVD-Prozess wird polykristallines Silicium abgeschieden.
10. Fototechnik
Auf dem Polysilicium wird eine Lackschicht als Ätzmaske strukturiert.
11. Ätzen
Der Fotolack dient wiederum als Lackmaske, in einem reaktiven Ionenätzschritt wird das Silicium strukturiert. Es dient als Gateelektrode zur Steuerung des Transistors.
12. Lackentfernen
Der Lack wird nach dem Ätzschritt wieder nasschemisch entfernt.
13. Oxidation
Nachfolgend wird ein dünnes Oxid, das Postoxid abgeschieden. Es dient zum einen als Schutz der Gateelektrode, zum anderen als Spacer für die Source-/Drainimplantation.
14. Ionenimplantation
In einem Implantationsschritt mit Phosphorionen werden das Source- und Draingebiet n-dotiert. Da die Gateelektrode als Implantationsmaske dient und so die Weite des n-Kanals zwischen Source und Drain vorgegeben ist, bezeichnet man dies als Selbstjustierung. Über die Breite der Spacer kann der Abstand der eingebrachten Fremdatome zum Gate je nach elektrischen Anforderungen exakt eingestellt werden.
15. Oxidation
Als Isolation zu darüberliegenden Metallisierungsschichten, wird ein Oxid (das Zwischenoxid, kurz ZOX, z.B. 700 nm) abgeschieden. Dies geschieht in einem LPCVD-Prozess mit TEOS, welches eine gute Kantenbedeckung bietet.
16. Fototechnik und Ätzen
Darüber wird eine weitere Lackschicht strukturiert und in einem isotropen Ätzprozess die Kanten der Kontaktlöcher verrundet.
17. Ätzen
Anschließend werden die Kontaktlöcher in einem anisotropen Ätzprozess bis zu den n-dotierten Gebieten und zum Gate freigelegt.
18. Metallisierung
Die Kontaktlöcher werden in einem Sputterprozess mit Aluminium aufgefüllt.
19. Fototechnik
In einem letzten Lithografieschritt wird eine weitere Lackschicht strukturiert.
20. Ätzen
Die Lackstrukturen werden in einem anisotropen Trockenätzschritt in die darunterliegende Metallisierungsebene übertragen.
21. Lackentfernen
Abschließend wird der Resist entfernt, zurück bleiben Aluminiumleiterbahnen zur Ansteuerung des Transistors.
Der tatsächliche Aufbau eines Transistors ist wesentlich komplexer. So können zusätzliche Planarisierungsschichten zur Unterstützung der lithografischen Prozesse zum Einsatz kommen und auch mehrere Drain-/Sourceimplantationen erfolgen um die Einsatzspannung exakt einzustellen. Ebenso sind weitere Spacer ("Abstandshalter") am Gate möglich, um die Kanallänge exakt zu justieren bzw. das Dotierprofil zu beeinflussen.