Fabrikation und Charakterisierung

von Halbleiter-Bauelementen

Ausarbeitung zum

Seminarvortrag vom 10. Juni 2008

Matthias Schmies

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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ...................................................................................................................... 3

2 Prozessierung................................................................................................................ 3

2.1 Lack ........................................................................................................................ 4

2.2 Masken ................................................................................................................... 5

2.3 Belichten................................................................................................................. 6

2.4 Entwickeln.............................................................................................................. 7

2.5 Ätzen ...................................................................................................................... 7

2.6 Lackentfernung....................................................................................................... 8

3 Beispiel........................................................................................................................... 9

4 Metall-Halbleiter-Kontakt......................................................................................... 11

4.1 Schottky-Kontakt ................................................................................................. 11

4.2 Ohmsche Kontakte ............................................................................................... 12

4.3 U-I-Kennlinien ..................................................................................................... 12

4.4 TLM ..................................................................................................................... 15

5 Zusammenfassung...................................................................................................... 15

6 Quellen......................................................................................................................... 16

6.1 Literatur ................................................................................................................ 16

6.2 Abbildungsverzeichnis ......................................................................................... 16

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1 Einleitung Unser modernes Leben ist geprägt durch Halbleiter-Bauelemente jeglicher Art. Dieser Vortrag behandelt die Prozessierungsschritte, die benötigt werden, um aus einer mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) gewachsenen Struktur ein Bauelement herzustellen. Dies wird anhand einer Gallium-Nitrid-Leuchtdiode veranschaulicht. Zur Herstellung von Mikroprozessoren werden Siliziumwafer verwandt, die Prozessierungs-schritte sind ähnlich. Ferner wird noch die Problematik der Kontaktierung des Halbleiters erörtert, denn bei einem Metall-Halbleiter-Kontakt treten Effekte auf die nicht nur die Leitfähigkeit herabsetzen, sondern auch zu einem Diodenverhalten führen können.

2 Prozessierung In diesem Kapitel werden die notwendigen Schritte beschrieben, um aus einer mittels MOVPE gewachsene LED-Struktur ein elektrisch betreibbares Bauelement zu fertigen. In Abbildung 1 ist eine solche Struktur zu sehen, auf der im zweiten Schritt der aufgebrachte Fotolack durch eine Fotomaske mit UV-Licht belichtet wird. Der Fotolack muss jetzt noch entwickelt werden, da der entwickelte Lack eine Schutzschicht vor dem anschließenden Ätzprozess darstellt. Um ein funktionierendes Bauelement zu produzieren muss noch der Rest des Lackes entfernt und Kontakte aufgebracht werden. Dies kann z.B. mit dem Lift-Off-Verfahren geschehen. Schematisch ist dieser Prozess in Abbildung 2 zu erkennen, dabei wird eine Lackschicht mit einem Kontaktloch mit einer weiteren leitenden Schicht überdeckt. Nach Entfernung des Lackes bleibt ein einzelner Kontakt zurück.

a) durch metallorganische Gasphasenepitaxie gewachsene Struktur

b) Belichtung des aufgetragenen Lackes durch eine Maske mit UV-Licht

c) bei der Entwicklung des Lackes bleiben nur die unbelichteten Bereiche zurück

d) geätzte Struktur

Abbildung 1: Prozessierung

Abbildung 2: Lift-Off Auf ein Kontaktloch wird eine weitere Schicht aufgetragen, beim Entfernen des Lackes bleibt diese Schicht nur auf dem Kontakt zurück.

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2.1 Lack Lacke verändern ihre molekulare Struktur unter UV-Licht (λ = 300-400nm). Diese Veränderung ist nötig da so das Layout der Schaltung oder der Metallkontakte auf den Wafer übertragen werden kann, denn der Unterschied der Löslichkeit beim Entwickeln zwischen der belichteten und der unbelichteten molekularen Struktur unterscheiden sich um mehreren Größenordnungen. Damit der Fotolack gleichmäßig belichtet und entwickelt werden kann, muss die Schicht möglichst homogen und dünn aufgebracht werden. Dies wird durch die Aufschleudertechnik gewährleistet. Dazu wird ein Wafer auf einen drehbaren Teller gesaugt. Träufelt man einige Milliliter Lack auf die Rotationsachse, so werden diese durch das kontinuierliche Hochregeln der Drehzahl bis auf einige tausend Umdrehungen pro Minute gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt. Abbildung 3 zeigt einen solchen Drehteller für die Belackung mit dem man übliche Lackdicken von ca. einem Mikrometer erreicht. Es gibt zwei unterschiedliche Lacktypen: den Positiv- und Negativlack. Der Positivlack wird unter Belichtung löslich, d. h. dass die UV-Photonen die Vernetzung zerstören während beim Negativlack diese Vernetzung erst durch Bestrahlung mit ultra-violettem Licht einsetzt. Daher bleiben beim Negativlack die belichteten Bereiche stehen. Da jedoch mit Positivlacken kleinere Strukturen übertragen werden können, werden in der industriellen Fertigung hauptsächlich Positivlacke eingesetzt. Damit Fotolacke die heutigen Anforderungen nach Fließeigenschaften und der damit verbundenen Auftragungsdicke und die gleichmäßige Änderung der Löslichkeit erfüllen, besteht der Lack im Wesentlichen aus drei Bestandteilen. 20% Phenolharz (Novolack) sorgen für die mechanische Widerstandskraft und bilden mit 10% Diazidsensibilisatoren fotosensitive Makromoleküle. Die restlichen 70% bestehen aus Lösungsmitteln, die für die Fließeigenschaften verantwortlich sind. In Abhängigkeit der weiteren Prozeduren können noch mehrere Vor- bzw. Nachbehandlungsschritte hinzugenommen werden. So kann die Haftfähigkeit durch eine Grundiermasse (Primer) verbessert werden oder durch anschließendes Erhitzen (Soft-Bake) die Trocknung des Lackes und dessen Widerstandskraft beeinflusst werden.

Abbildung 3: Drehteller für Belackung

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2.2 Masken Um Strukturen auf den Wafer übertragen zu können wird die Struktur der Hell- und Dunkelfelder der Maske durch UV-Belichtung auf den Lack übertragen. Masken werden mehrmals benutzt, sodass die aufwendigere Produktion durch Elektronenstrahllithographie, die eine wesentlich bessere Auflösung erzeugt, wirtschaftlich möglich ist. Als Maskenträger wird Quarzglas verwandt, da dieses im UV-Bereich fast völlig transparent ist und nur eine geringe thermische Ausdehnung aufweist. Als Maskierungsschicht wird bei der Kontaktbelichtung ca. 100nm Chrom als undurchlässige Schicht und darauf 10nm Chromoxid, um Reflexionen zu vermeiden, verwandt. Bei der bereits angesprochenen Kontaktbelichtung (Abbildung 4) wird eine 1:1-Maske direkt auf Wafer und Lack aufgedrückt und anschließend belichtet. Eine 1:1-Maske ist so groß wie der Wafer selbst und es wird der ganze Wafer in einem Schritt belichtet. Dies hat den Vorteil, dass das Belichtungsverfahren sehr einfach ist, allerdings verschleißt die Maske sehr schnell. 1:M-Masken hingegen enthalten nur den M-ten Teil der Oberflächeninformationen. Da jedoch viele identische Bauelemente pro Wafer produziert werden, wiederholen sich die Strukturen und man kann durch Verschiebung des Wafers mit der 1:M-Maske im Teilfeldverfahren nach und nach die gesamte Oberfläche belichten. In Kombination mit der Projektionsbelichtung können beim Step-and-Repeat-Verfahren größere Wafer mit einer höheren Auflösung gefertigt werden. Der Aufbau ist in Abbildung 5 schematisch dargestellt.

Abbildung 4: Kontaktbelichtung Bei der Kontaktbelichtung wird die Maske auf den Lack aufgedrückt.

Abbildung 5: Projektions-, Teilfeldbelichtung Durch eine 1:M-Maske wird ein Teil der Oberfläche belichtet. Anschließend verschiebt man den Wafer und belichtet ein neues Teilfeld.

Abbildung 6: Projektionsbelichtung Kontaktfreie Belichtung, mit der man durch geeignete Verkleinerungsabbildung die Auflösung verbessern kann.

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Da bei jedem Bauelement mehrere Masken verwandt werden, müssen alle Masken genau ausgerichtet werden. Dies wird entweder optisch durch verschiedene Justiermarken auf dem Wafer oder automatisch durch das Dunkelfeldverfahren gewährleistet. Beim Dunkelfeld-verfahren werden mit langwelligem Licht Justierstrukturen auf dem Wafer beleuchtet. Erst wenn Maske und Wafer in Deckung sind, wird kein Licht in den Dunkelfeldbereich gestreut.

Abbildung 7: Kontrollmarken Um Masken auszurichten befinden sich auf der Maske und dem Wafer Kontrollmarken. Hier wird unter einem Mikroskop ausgerichtet.

Abbildung 8: Dunkelfeldverfahren Beim Dunkelfeldverfahren wird mit langwelligem Licht eine Justierstruktur beleuchtet. Erst wenn die Maske exakt zu dem Wafer ausgerichtet ist wird kein Licht in das Dunkelfeld gestreut.

2.3 Belichten Da bei der Kontaktbelichtung nur sehr viel größere Strukturbreiten möglich sind, wird heute fast ausschließlich die Projektionsbelichtung genutzt. Hier ist es möglich durch beliebig komplexe Aufbauten, Phasenschiebermasken und Step-and-Repeat (Abbildung 9) Strukturbreiten von aktuell 65nm zu erreichen. Durch die Kontaktfreiheit der Projektion verschmutzen die Masken nicht so schnell, so dass aufwendige Reparatur- und Reinigungs-maßnahmen seltener werden. Da für diese kleinen Strukturen monochromatisches Licht verwandt werden muss, treten vermehrt Beugungseffekte auf. Dies hat zur Folge, dass auch der Diazidgehalt periodisch schwankt und bei der Entwicklung keine geraden Kanten entstehen. In Abbildung 10 sind die Schwankungen des Diazidgehalts an den Rändern eines Kontaktloches zu sehen. In den weißen Bereichen sind die Vernetzungen des Novolackes zerstört, sodass hier beim Entwickeln ein Kontaktloch entstehen wird. In Kapitel 2.1 wird genauer auf die verschiedenen Lacke eingegangen.

Abbildung 9: Zeiss Belichtungsoptik

Abbildung 10: Schwankung des Diazids Hier ist die Schwankung des Diazidgehaltes an einem Kontaktloch zu sehen. Durch Beugungs- und Interferenzeffekte wird der Lack nicht gleichmäßig intensiv belichtet.

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2.4 Entwickeln Bei der Entwicklung werden die belichteten Lackstrukturen entfernt, da sich die Löslichkeit der verketteten zu den nicht verketteten Molekülen um mehrere Größenordnungen unterscheidet. Jedoch ist es wichtig, dass die Konzentration der Entwicklerlauge zeitlich, vor allem aber räumlich konstant und kontrollierbar ist. Bei der Tauchentwicklung werden die Wafer in ein Laugebad getaucht. Auf diese Weise verarmt die Lauge zwar, ist aber räumlich konstant. Die zweite Möglichkeit ist, den Wafer mit Lauge zu besprühen. Bei diesem Verfahren ist die zeitliche Konzentrationsänderung minimal, durch Fertigungsfehler der Düsen kann es jedoch zu räumlichen Schwankungen kommen. Außerdem ist die Temperatur durch Verdunstungskälte bei der Sprüh-, im Gegensatz zur Tauchentwicklung, nur schwer kontrollierbar. Deshalb wird häufig die Puddle-Entwicklung eingesetzt. Dabei wird der Wafer kurz in die Entwicklerlauge getaucht und anschließend, wie bei dem Aufbringen des Lackes, geschleudert. Dadurch verteilt sich die Entwicklerlösung gleichmäßig. Der Entwicklungsprozess kann kontrolliert durch Abspülen mit deionisiertem Wasser abgebrochen werden. Zum Schluss muss der Lack noch ausgehärtet werden, damit sich die Lackstege verfestigen, besser auf dem Wafer haften und beim Ätzen chemisch beständig sind. Hierzu wird der Lack getrocknet, gebacken (hard-bake) oder mit kurzwelligen UV-Strahlen gehärtet (deep uv hardening). Dies ist jedoch nur nötig, wenn z.B. anschließend Prozesse wie die Ionen-implantation folgen, bei der sehr hohe Temperaturen auftreten.

2.5 Ätzen In den vorausgegangen Prozessierungsschritten wurde eine Lackstruktur auf dem Wafer erzeugt, die eine spezifische Geometrie vorgibt, welche in den Wafer fortgesetzt werden muss. Hierzu nutzt man Ätzverfahren, die in Nass- und Trockenätzverfahren, chemisch und physikalisch und isotrop und anisotrop unterschieden werden.

Abbildung 11: nasschemisches Ätzen Hier ist schematisch das Unterätzen des Lackes dargestellt. Links werden durch

die anisotropen Eigenschaften des Naßätzen Flanken z.B. an

Kontaktlöchern zu groß, rechts wird einer Leiterbahn angeätzt, sodass sich

ihr Leitwert signifikant verändern kann.

In Abbildung 11 erkennt man, wie nasschemisch ein Loch bzw. eine Leiterbahn geätzt wird. Der Lack schützt dabei die zu ätzende Schicht, jedoch kann durch die starke Anisotropie dieses Verfahrens der Lack unterätz werden, es können Kapillaren auftreten oder Leiterbahnen angeätzt werden, so dass sich der Leitwert signifikant ändert. Dieses Verfahren hat jedoch den Vorteil eine sehr hohe Ätzrate zu erreichen. Bei einkristallinem Silizium kann auch anisotrop nasschemisch geätzt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die Ätzrate von der Dichte abhängig ist. So ist die 111-Ebene dichter gepackt als die 100-Ebene und wird daher auch langsamer geätzt.

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Bei den Trockenätzverfahren werden beim Plasmaätzen Radikale gebildet die isotrop auf die Oberfläche des Wafers einwirken. Es kann allerdings auch direkt mit dem Plasma geätzt werden (Sputtern). Dabei werden chemisch nicht aktive Edelgasionen auf die Oberfläche beschleunigt. Die geringe Abtragsrate ist bei diesem Verfahren nur von der Bindungsenergie abhängig, jedoch auch stark anisotrop. Beide Trockenätzmethoden können kombiniert werden. So gibt es das Plasmaätzen (PE: plasma etching), das reaktive Ionenätzen (RIE: reaktiv ion etching; Abbildung 12), das reaktive Ionenstrahlätzen (RIBE: reaktive ion beam etching) und schließlich das Sputtern. Bei der Aufzählung nimmt die chemische Komponente des Ätzens ab und die physikalische zu.

Abbildung 12: RIE-Reaktor

Durch ein Plasma werden Radikale erzeugt, die die Oberfläche anisotrop anätzen.

2.6 Lackentfernung Zum Schluss müssen die Lackreste auf der Oberfläche entfernt werden. Wurde Positivlack verwandt, der nur im hard-bake-Verfahren ausgehärtet wurde, so kann dieser mit Azeton entfernt (gestrippt) werden. Häufig werden auch Salpetersäure, die kein Aluminium (Leiterbahnen) angreift, deren Dämpfe aber stark gesundheitsschädlich sind, oder Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, die zwar Aluminium angreifen, deren Abbauprodukte aber kostengünstiger entsorgt werden können, verwandt. Als weitaus vorteilhafter hat es sich jedoch herausgestellt den Lack zu veraschen. Hier werden mit Niederdrucksauerstoffplasmen angeregte O2- und O-Moleküle erzeugt, die den organischen Fotolack umwandeln. Die Abbauprodukte können abgesaugt werden (siehe Abbildung 13). Diese umweltfreundliche und kostengünstige Variante kann durch γ-Quanten aus hochangeregten Atomen oder das Auftreffen beschleunigter Elektronen Strahlenschäden verursachen und die Halbleiter-strukturen des Wafers beschädigen. Da Lackreste die Prozessanlagen kontaminieren und die Funktion des Bauelementes stören wird anschließend eine visuelle Kontrolle durchgeführt.

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Abbildung 13: O2-Plasmastripper

Durch ein Hochfrequenzplasma bilden sich Radikale (Ozon und atomare Sauerstoff), die stark die organischen Bestandteile des Lackes veraschen.

3 Beispiel: GaN-Leuchtdiode An diesem Beispiel sieht man schematisch die Herstellung einer GaN-basierten Leuchtdiode. Auf einem Substrat (z.B. Saphir) wurden verschiedene Halbleiter-Schichten (GaN, InGaN) mittels MOVPE gewachsen, was jedoch nicht Thema dieser Ausarbeitung war. Die fertig gewachsene LED-Struktur wird nun belackt, indem einige Milliliter Fotolack aufgeträufelt und durch Rotation gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt werden. Die Maskenstruktur wird nun durch Kontaktbelichtung in den Lack übertragen, was hier eine Änderung der photosensitiven Moleküle bewirkt.

Wafer, dessen Halbleiterschichten in der MOVPE gewachsen sind.

Gleichmäßiges Aufbringen einer dünnen Schicht Fotolack.

Kontaktbelichtung mittels Maske und UV-Licht.

Abbildung 14: Schritt 1-3

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Beim Entwickeln werden hauptsächlich die, durch die Belichtung veränderten, Moleküle aufgelöst. Auf diese Weise werden die Strukturinformationen der Maske in durch Lack geschützte oder freiliegende Bereiche überführt. Die freiliegenden Bereiche werden beim darauf folgenden Ätzprozess, je nach Verfahren schnell/langsam und isotrop/anisotrop, zersetzt. Zum Schluss muss noch der restliche Lack entfernt werden.

Da durch die Zerstörung der Vernetzung der fotosensitiven Moleküle die Löslichkeit herabgesetzt wurde werden durch die Entwicklerlauge nur die belichtete Lackbereiche entfernt.

Beim anschließenden Ätzprozess werden die, durch den Lack geschützten Bereiche nicht abgetragen. Die Ätztiefe und Art der Flanken in den ungeschützten Bereichen sind von Dauer und Verfahren abhängig.

Der Lack kann durch verschieden Chemikalien oder durch Veraschung mit einem O2-Plasma entfernt werden.

Abbildung 14: Schritt 4-6 Abschließend müssen die p- und n- Flächen noch mit einer Metallisierung versehen werden. Dies geschieht durch das Lift-Off-Verfahren. In Abbildung 15 ist zu erkennen, wie eine Schicht Negativlack bereits ein Kontaktloch bildet, worauf eine Metalllegierung aufgedampft wurde. Nach Entfernung des Lackes bleibt nur ein klar definierter Kontakt zurück. Dass dies mit einem Negativlack durchgeführt wurde erkennt man an den Flanken des Kontaktloches, denn durch Beugungseffekte und den damit verbundenen Schwankungen des Diazids wird das Kontaktloch unten breiter als oben. So kann verhindert werden, dass das Kontaktmaterial auf dem Lack sich mit dem des Kontaktes verbindet und möglicherweise unsaubere Bruchkanten bildet.

Abbildung 15: Lift-Off Um gezielt einzelne Schichten nachträglich aufzubringen werden diese auf den entwickelten Lack aufgedampft. Beim Entfernen des Lackes bleibt diese Schicht nur an den Stellen zurück, die vorher frei gelegen haben. Hier wurde ein Negativlack verwandt, da sich hier bei der Belichtung negative Flanken bilden. So wird erreicht, dass die neuen Schichten auf dem Bauelement und auf dem Lack keinen Kontakt haben. Beim Entfernen des Lackes bilden sich keine unkontrollierten Abbruchkanten.

Da man wegen der Minimierung der Kontaktierungswiderstände unterschiedliche Legierungen für n- und p-Kontakte aufbringen muss, benötigt man selbst für dieses einfache Bauelement drei verschiedene Masken bevor man eine fertige, funktionierende Leuchtdiode, wie in Abbildung 16 erhält.

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Abbildung 16: Schematischer Aufbau einer LED Für dieses Bauelement wurden drei Masken benutzt: 1. lokales Ätzen bis auf die n-

dotierte GaN-Schicht 2. Aufbringen des p-

Kontaktes 3. Aufbringen des n-

Kontaktes

4 Metall-Halbleiter-Kontakt

4.1 Schottky-Kontakt Bringt man ein Halbleiter und ein Metall zusammen, so entsteht ein Schottky-Kontakt, der sich durch eine asymmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie, Diodenverhalten und einen hohen, nicht linearen, Widerstand auszeichnet. In Abbildung 17 erkennt man in a), wie sich die Bänder und Fermienergien EF der beiden, noch nicht kontaktierten Materialien unterscheiden. eФB0 bezeichnet die Austrittsarbeit gegenüber dem Vakuumniveau bzw. ФB0 das Austrittspotential. In b) werden Metall und Halbleiter zusammen gefügt, die Fermienergien EF gleichen sich im thermodynamischen Gleichgewicht an und die Bänder des Halbleiters verbiegen sich, sodass eine Potentialbarriere mit der Höhe ФB entsteht. Da die Elektronen diese Barriere durch thermische Anregung überwinden müssen, entstehen bei diesen Kontakten spezifische Kontaktwiderstände von 10-4

Ωcm2 [1].

Abbildung 17: Schottky-Kontakt

a) Bandstruktur eines Metalls und Halbleiters, die keinen Kontakt haben b) Kontaktiert gleichen sich die Fermienergien EF an und die Bänder des HL verbiegen sich. Es

bildet sich eine Potentialbarriere eФB

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4.2 Ohmsche Kontakte Da durch thermische Anregung nur wenige Ladungsträger die Potentialbarriere überwinden können (Abbildung 18 a) wird der Übergang stark dotiert. Dies führt dazu, dass die Barriere höher aber auch sehr viel schmaler wird. Der Strom der thermisch angeregten Ladungsträger nimmt ab, jedoch wird das Tunneln durch die Potentialbarriere wahrscheinlicher und der Tunnelstrom nimmt zu (Abbildung 18 b). Da der Widerstand exponentiell mit der Dotierung fällt, können bei hohen Dotierungen ND = 1020/cm3 spezifische Kontaktwiderstände mit 10-

7Ωcm2 [1] realisiert werden. Das sind im Gegensatz zu den Schottky-Kontakten drei

Größenordnungen weniger.

Abbildung 18: ohmscher (Schottky-) Kontakt

a) geringe Dotierung: Leitung durch thermisch angeregte Elektronen b) starke Dotierung: Leitung durch tunnelnde Elektronen

4.3 U-I-Kennlinien In Abbildung 19 erkennt man die Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes, die sich durch Linearität auszeichnet, die Kennlinie einer idealen Diode und die eines Kontaktes, der sich durch nicht-ohmsches Verhalten auszeichnet.

Abbildung 19: I-U-Kennlinie; ohmscher Widerstand, Diode, nicht linearer Widerstand

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Um das Diodenverhalten des Schottky-Kontaktes zu berechnen nähert man die ideale Diode, deren Strom gegeben ist durch:

Gleichung 1 Das reale Verhalten wird genähert durch die Einführung eines Idealitätsfaktors, der berücksichtigt, dass die Verarmungszone nicht abrupt endet, Generationsströme in der Raumladungszone auftreten usw. Außerdem wird eine Spannung V » e/kBT angelegt, so dass folgende Formel entsteht.

Gleichung 2 Ferner wird noch berücksichtigt, dass die reale Diode einen ohmschen Widerstand hat. Dieses Verhalten kann durch die Verwendung eines Ersatzschaltbildes mit Reihen- (series resistance) und Parallelwiderstand (shunt resistance) beschrieben werden.

Gleichung 3 In Abbildung 20 erkennt man den Verlauf einer I-U-Kennlinie einer idealen GaAs-Diode um V » e/kBT (durchgezogene Linie) und die Effekte eines Shunt- und eines Serienwiderstandes (gestrichelt).

Abbildung 20: reale Diode

Kennlinie einer idealen Diode und deren Veränderung durch einen Prallel- und Reihenwiderstand.

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In der Nähe des Ursprunges gibt die Ableitung der Spannung nach dem Strom den Parallelwiderstand an. Bei hohen Strömen, wo der Widerstand der Diode vernachlässigt werden kann, gibt die Ableitung den Serienwiderstand an. (Gleichung 4 und Gleichung 5)

Gleichung 4

Gleichung 5

Trägt man die Kennlinien logarithmisch auf, so kann man den Idealitätsfaktor, der für eine ideale Diode 1 ist, aus der Steigung ableiten. In Abbildung 21 sind beispielhaft die Idealitätsfaktoren einer ideale Diode und von Galliumarsenid und Silizium aufgeführt.

Abbildung 21: reales Verhalten der U-I-Kennlinie von GaAS und Si

Die Idealitätsfaktoren η sind nicht konstant. Hier sind die Strom-Spannungs-Kennlinie von Silizium und Galliumarsenid aufgetragen.

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4.4 TLM Um die Widerstände eines Bauelements zu bestimmen wird das Transmission-Line-Measurement-Verfahren benutzt. Dabei werden die Widerstände und Abstände zwischen verschiedenen p- zu p- und n- zu n-Kontakten gemessen (Abbildung 22) und in einem Diagramm gegeneinander aufgetragen (Abbildung 23). Aus dem Schnittpunkt der Geraden mit der Widerstandsachse RW lässt sich der doppelte Kontaktwiderstand RT und aus dem Schnittpunkt mit der Längenachse S die doppelte Transferlänge λ ablesen. Ferner lassen sich noch der Schichtwiderstand RS und der spezifische Widerstand RC errechnen. Auf diese Weise kann die Kontaktierung überprüft werden und die Parameter für zukünftige Prozesse optimiert werden.

Abbildung 22: TLM-Skizze

Abbildung 23: TLM-Messung Die Abstands- und Widerstandspunkte definieren eine Gerade. Es lassen sich Kontakt- RT und Schichtwiderstände RS bestimmen. Zwischen p- und p- oder n- und n-Kontakten werden die Abstände und Widerstände gemessen.

5 Zusammenfassung In dieser Ausarbeitung zum Seminarvortrag wurden die elementaren Schritte zur Fabrikation eines Halbleiterbauelements beschrieben und anhand des Beispiels der GaN-LED veranschaulicht. Es konnte jedoch nicht jeder Schritt bis ins kleinste Detail erläutert werden. So werden zum Beispiel moderne Prozessoren in 65nm-Technologie gefertigt. Des Weiteren wurde auf die Problematik der Kontaktierung eingegangen, die ein Metall-Halbleiterkontakt mit sich bringt und wie man diese Kontaktierung charakterisieren kann.

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6 Quellen

6.1 Literatur [1] Bernhard Hoppe; Mikroelektronik 1+2; Vogel-Verlag 1997 R. C. Jaeger; Microelectronic Fabrication; Addison-Wesley Publishing Company; 1993 S. M. Sze; Semiconductor Devices; Bell Telephone Laboratories; 1985 E. F. Schubert; Light-Emitting Diodes; Cambridge University Press; 2006 Thomas Wächtler; Bericht zum Fachpraktikum; TU Chemnitz; 2003

6.2 Abbildungsverzeichnis Deckblatt: http://www.warenhandelshaus.com/Produkte/led-stripe/163-6336_IMG.JPG Abbildung 2: H. Kück; Fototechnik; Universität Stuttgart; 2003 Abbildung 3: www.iht.tu-darmstadt.de/ausstattung/photolithographie.html Abbildung 5+6: Bernhard Hoppe; Mikroelektronik 2; Vogel-Verlag; 1997 Abbildung 9: http://www.smt.zeiss.com Abbildung 10: MicroChemicals GmbH; Lithografie; 2007 Abbildung 16: H. Kück; Fototechnik; Universität Stuttgart;2007 Abbildung 17: www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-

org/chap13/chap13.htm Abbildung 18+19: http://wwwnlds.physik.tu-berlin.de/~rack/diplom/node9.html Abbildung 20: Richard C. Jaeger; Microel. Fabrication; Addison-Wesley Company; 1997 Abbildung 21: E. F. Schubert; Light-Emitting Diodes; Cambridge University Press; 2006 Abbildung 22: S. M. Sze; Semiconductor Devices; Bell Telephone Laboratories; 1985 Abbildung 23+24: Thomas Wächtler; Bericht zum Fachpraktikum; TU Chemnitz; 2003