Теперь вероятно будет понятно, почему я тут ходил и доставал всех своими вопросами ;-)

Первая статья о моём проекте на хабре - http://habrahabr.ru/blogs/DIY/118534/
Форум проекта - http://3.14.by/forum/viewforum.php?f=11

На данный момент, меньше всего информации и/или идей по:

1) Выделить наиболее критичные по чистоте операции в CMOS процессе с металлическим затвором.
Я правильно понимаю, что после того как металл затвора положили - дальше хоть трава не расти? :-)
И в целом - основная проблема по чистоте - в накоплении носителей заряда в дефектах под и над затворным диэлектриком?

2) По прежнему ищу способ металлизации без вакуума.

Прочитал на Хабре и стал ждать здесь ,)

В сети наткнулся на пару ссылок:
http://www.keil.com/forum/11867/
http://www.sonsivri.com/forum/index.php?topic=10925.0

С интересом буду следить за темой. Возможно, когда речь зайдёт об EDA тулах, смогу чем-нибудь помочь.

Все эти дискуссии были до Jeri Ellsworth, её лаборатория далека от чистой комнаты.
Страница истории уже перевернута. :-)

Я слежу за ее успехами, но что-то не припомню, чтобы она делала микросхемы дома. Можно линк?

По теме: мне кажется, что ТТЛ тех. процесс проще КМОП и значительно менее требователен к чистоте и точности соблюдения параметров.

Не хочу вас огорчить, но зачем вам полевики (или даже биполяр) в кустарных условиях? У вас элементарно не получится вырастить хороший окисел с красивым Si-SiO2 интерфейсом (чтоб поверхностных состояний было хотя бы ~10^12 см-2*эВ-1), не говоря уж об имплантации...

Может проще на фабрику устроиться дизайнером? Или просто дизайнить чипы (it's possible at home ) и отсылать на TSMC или global foundries.

>BarsMonster

Если вы хотите сделать какой-то один конкретный ASIC под одну задачу, или вообще произвольный ASIC по доступной технологии?

Главное, при всех этих экпериментах не потравить себя и соседей.
Все же газы всякие ядовитые используются, которые на производстве обычно нейтрализуют на выходе.

На нашей кафедре был такой вариант УИР, сделать "микросхему" -- на выходе должен был получиться диод.
Никто на этот УИР так и не пошел...

Почему не удасться? Кремний как у всех, термопрофиль - также можно выдержать любой, кислород/вода грязная?
Деионизированная вода продается, делаем электролиз - водород в атмосферу, мокрый кислород в печку, 1000 градусов 1.5-2 часа и 100нм оксида готово (чуток HCl если понадобится натрий связать) - чем на производстве-то лучше?
Само собой баллоны с кислородом я домой ставить не планирую )


На фабриках как я уже наслышан весьма грустная з/п, да и работа оператора не так интересна. Дизайнить чипы, и в шатле делать - я сначала думал (и у Интеграла узнавал без шатла цену), хоть по цене и относительно доступно - но это не особо интересно (ну сделал один чип, ну допустим повезло и заработало, толку то с него :-) ).



Микросхемы - нет. Но инвертор у неё работал. И у неё там далеко не чистая комната ;-)

ТТЛ - да, конечно проще, но это немного тупиковое направление - процессор на ТТЛ не сделать...



Я хочу иметь рабочий техпроцесс, чтобы можно было делать любые ASIC (в пределах ограничений по размеру и проч.)
Конкретной задачи пока нет - по началу это будут просто сдвиговые регистры и счетчики, и это меня более чем устроит.



Это - одна из двух причин, почему я не пытаюсь делать плазменное травление / реактивную ионную имплантацию.
А за вычетом газов для травления/легирования - остается только плавиковая кислота, которая и так в быту используется.

эх... почитали бы вы старую, но толковую книжку под редакцией Зи, которая называлась "Технология СБИС" (кажется, в одной из ваших тем я на нее ссылался). Кислород, вода... Ну не смешите!
На производстве лучше тем, что:
1. Качество DI-воды там всегда постоянное. У любого даже мелкого клианрума, как правило, есть свой DIW-заводик, на котором вариация параметров минимизирована.
2. В камере необходимо поддерживать давление кислорода, т.е. нужна вся обслуживающая техника/электроника.
Вам бы посмотреть как оно на производстве делается, как устроены печи, где получают нужное качество слоёв/границ.
А как насчет литографии? Здесь фото- и "утюжная" литография, как в случае с печатными платами в домашних условиях, не сгодится (если конечно ваш ASIC не нацелен на длину канала 200-500 мкм).

Вы только поймите меня правильно, я рад вашему энтузиазму! Но по-моему вам лучше направить его в другое менее утопическое русло и не тратить силы на такие эксперименты.

Товарища Зи мне тут уже советовали с год назад ;-)

1. DI вода у меня также заводская будет, какая там вариация параметров - сопротивдение 10МОм+ и нормально. А если сопротивление низкое - это уже не DI вода.
2. Постоянное давление кислорода как раз не испольуется зачастую - начало и конет окисления могут делать с бОльшим парциальным давлением для получения границ более высого качества, а середина - с парами воды для скорости.
Вариация +-5% в толщине окисла - это я думаю не самое фатальное по всей этой затее, но в любом случае объем выделяемого кислорода стабилизировать очень легко : нужен просто стабилизированный ток электролиза. Влажность также должна быть примерно стабильная если обеспечить стабильную температуру воды.

3. Да, как раз по началу маска будет ровно такая-же как и при производстве PCB, с длиной канала 100-200 микрон. У Jeri вон вообще маска руками из каптонового скотча была вырезана - и работало.

Именно критика мне и нужна, т.к. позволяет выявить наиболее слабые места сразу.

Каптон тэйп - это прекрасно. Конечно классики (Бардин, Шокли и др.) лепили первые транзы из того что было под рукой, но нужно ли оно вам?
Ладно, я не буду с вами спорить, ибо вижу, что вы очень хотите заняться этой самоделкой . Я уже немного отошел от шока, поэтому могу предложить следующее.
1. Окислы.
Что у вас за печь? С галогенными лампами? Обязательно введите измерение температуры (термопара К-типа + китайский мультиметр сгодится наверное до 1000 С). Обычно такое для RTA (rapid thermal annealing) используют, когда нужен быстрый отжиг, к примеру, для диффузии, но не для длительного (> 1ч) нагрева, т.к. лампы быстро деградируют. Хотя, если у вас будет достаточный запас по мощности, то сойдет.

Как альтернативу окислению могу предложить dow corning FOx (см вложение). Это окисел который можно наспинить на центрифуге, отжечь и вуа-ля, у вас неплохой (для ваших ASICов сгодится!) SiOx. Но не уверен, удастся ли вам его достать.

2. Оборудование.
-Постарайтесь добыть оптический микроскоп с увеличением хотя бы 100-200 раз (можно наверное купить б/у от ЛОМО). Пригодится для анализа ваших "ИМС" и вообще, очень полезный аналитический инструмент.

-Спиннер (центрифуга) есть?
Полезен главным образом для нанесения резистов. Впрочем, если вы будете пользоваться PCBшным резистом, то он вроде как от Z-образного нанесения образует однородную пленку (у меня в свое время так получалось).

-Маломощая ультразвуковая ванночка вам так же может пригодиться.

-Для нагрева жидкостей (растворителей и пр.) может пригодиться плитка с термостабилизацие по измерительному зонду в самой жидкости.

3. Металлизация. Как я понял из вашего форума, речи о вакуумных методах (thermal evaporation, sputtering) не идет.
Опять-таки, можно воспользоваться серебрянной (или аналогичной) пастой Для этого удобно растворить ее в ацетоне (раствор подержать в ультразвуковой ванне, чтоб был гомогенным), чтобы была жиже, а потом наспинивать, чтобы получать аккуратные ровные слои.
Можно конечно и просто кисточкой рисовать

4. Легирование как собираетесь делать? Вам же нужен p-n переход в любом случае.
Можно простой диффузией конечно...

5. Литография и маски.
тут пожалуй вам в раздел "изготовление печатных плат -> своими руками", впрочем, у вас уже наверное есть подобный опыт.
100 мкм это слишком оптимистично - вам придется распечатать маску с очень высоким dpi (в какой-нибудь фирмочке по полиграфии и печати), плюс, я бы ее перенес на стекло, например, утюговым методом, т.к. стекло более однородное и поверхность ровнее чем у транспаранта для лазерника (в транспаранте есть "пузыри", они следы оставляют ). Но процедура весьма не простая, ибо надо сохранить высокий контраст - перенести как можно больше тонера.

6. Lift-off - снятие лишнего материала после лито.
а. Поместить образец в горячий ацетон (T = 50 C). Резист растворится и лишнее сойдет в виде пленки.
б. Промыть образец в горячем изопропаноле (T = 62 C)
в. Промыть в DIW (не всегда обязательно).

вот как-то так
вообще, если будут вопросы, не стесняйтесь спрашивать (можно в ЛС), т.к. с microfabrication я каждый день имею дело.

БарсМонстр,
прикрепляю для вас одну статью в ieee (две части) по поводу травления разных материалов. Статьи весьма полезные для MEMSоводов и всех кто работает с планарной и околопланарной технологией. Возможно для вас будут интересны сводные таблички по жидкостному (т.к. сухим вы вроде не собираетесь пользоватья) травлению.

- пока нету, либо все-таки на галогенках либо классическая со спиралью. Да, измерение температуры по любому нужно будет. Жаль ИК термометр только до 650, хотя надо протестировать сегодня, если 950 возьмет - задача сильно упроститься.

Как альтернативу окислению могу предложить dow corning FOx - да, по началу я искал что-то подобное. Но там в конце даташита написано, что купить его можно только вместе с лицензией, так что думаю никто мне его не продаст. И сомнения у меня есть в том, что им можно подзатворный диэлектрик делать... Наконец - самый тонкий слой - 250нм...

Постарайтесь добыть оптический микроскоп с увеличением хотя бы 100-200 раз 150x со шкалой уже есть, думаю что-нибуть позлее еще купить.

Спиннер (центрифуга) есть?
Полезен главным образом для нанесения резистов. Впрочем, если вы будете пользоваться PCBшным резистом... Я пойду по пути Jeri - и сделаю на основе PC-куллера, там и профиль вращения легко настраивать.

Маломощая ультразвуковая ванночка вам так же может пригодиться. Есть

Для нагрева жидкостей (растворителей и пр.) может пригодиться плитка с термостабилизацие по измерительному зонду в самой жидкости. Такого нет, но думаю +-1C я и без неё обеспечу.

3. Металлизация. Как я понял из вашего форума, речи о вакуумных методах (thermal evaporation, sputtering) не идет.
Это самое больное место. В серебряную пасту хочу верить, но не могу ) Серебро без интерфейса к Si нельзя, и то что из этих паст получается - отдельные кристаллы, и останется только молится чтобы слой был непрерывный... В крайнем случае - придется испарять в "дешевом" вакууме, думаю еще попробовать взрывать алюминиевый провод/фольгу при атмосферном давлении(но, возможно без кислорода) рядом с нужной мне поверхностью.

4. Легирование как собираетесь делать? Вам же нужен p-n переход в любом случае.
Можно простой диффузией конечно... Да, тут вариантов у меня нет.

5. Литография и маски. 100 мкм это слишком оптимистично
150мкм получается вообще железно, 100 нормально, особенно для небольших схем.
Если прикладывать тонером к резисту - то пузыри ни на что не влияют.

вообще, если будут вопросы, не стесняйтесь спрашивать (можно в ЛС), т.к. с microfabrication я каждый день имею дело.
Спасибо )

прикрепляю для вас одну статью в ieee (две части) по поводу травления разных материалов. Статьи весьма полезные для MEMSоводов и всех
Спасибо.

А какие параметры (граничная частота) транзисторов планируете получит при 100мк техпроцессе и pn переходах, полученных диффузией, не оценивали (просто интересно)?

Печь
Если вам интересно, могу вечерком скинуть фотки самодельной RTA печи, которой уже 25 лет у нас она в экспериментальном грязном отделе. Безотказная штука

Спиннер (центрифуга)
Я когда-то делал на основе привода CD-ROM. Во всех приводах стоит многофазный двигатель шпинделя, с обратной связью по нескольким датчикам Холла. Этим мотором управляет ИМС, а скорость у нее задается на одной ноге аналоговым образом (1...3 Вольт). Ну это просто более прецизионный вариант чем куллер на случай улучшения вашего process flow

Для нагрева жидкостей (растворителей и пр.) может пригодиться плитка с термостабилизацие по измерительному зонду в самой жидкости.
Довольно легко делается - возьмите опять-таки термопару и заведите ее на простенький PID контроллер. Между температурой плитки и к примеру жидкостью в банке на плите будет немалая разница (до 20 град Ц.), поэтому важно контроллировать Т в жидкости.

Металлизация
Согласен, серебро не айс. Если у вас под рукой есть где достать форвакуумный насос и какую-нибудь маломальски герметичную пластиковую камеру то можно сконструировать миниатюрный PVD/sputter, придется собрать генератор для возбуждения плазмы. Например, такие устройства используют для SEM-микроскопов, чтобы нанести пару нанометров металла и сделать образец проводящим. В вашем случае можно пропускать ток через алюминиевую мишень... Вечером пришлю фотки такого девайса.

Литография и маски
Пузыри размером с десятки микрон, т.к. на них рассеивается свет во время экспозиции. У нас народ для этих целей искал транспарант какой-то "безпузырёвый" даже.
А насчет 100 мкм я имел ввиду не просто feature size (будем оперировать терминами VLSI ), а то что рисунок будет довольно грубым имхо. Впрочем если у вас получаются ровные (с неровностью не более 30 мкм) дорожки, буду рад посмотреть (можете нацепить на микроском веб-камеру ).

Нет, но на данном этапе это и не особо важно, главное чтобы больше 0 )
А что такого уж плохого в диффузионных переходах? Т.е. да, резкого перехода p<>n не будет если на большую глубину легировать, а если буквально на 50-100нм - то может и не все так плохо... Надо бы промоделировать...

Здорово что еще есть такие энтузиасты. Я лет 20 назад двулучепреломляющий интерферометр сделал на кухне после того как наш НИИ закрылся, а потом лицензию продал на канадскую фирму. Потом, уже заграницей, дома сделал пространственный фурье-спектрометр, получилась оригинальная статья по оптике. Больше на такие подвиги не пойду, старый стал, но я к тому что если есть энтузиазм, то многое возможно.

Только я согласен с другими ораторами - интереснее делать что-нибудь новое, неисследованное, а не повторять уже пройденное. Маловероятно что из этого выйдет коммерческий результат, но научный вполне может.

У меня есть одна никем неопробованная идея на стыке полупроводников и оптики которую я на своей фирме не могу реализовать, в силу главным образом моей лени, а также отсутствия коммерческого интереса. Если интересно пишите в личку.

Интересно )


Делается то понятно что легко, но идея датчик полоскать в чистых растворах мне не очень нравится )


Да, проблема только в том, что тогда lift-off почти невозможен - т.к. маска не оставит тень - металл прилетает со случайных направлений.
Для электронного микроскопа это как раз и нужно, а тут - только если металл травить потом (т.е. +1 мокрая операция)
Если уж вакумный насос иметь, то можно и испарять уже...



Это уже на пленке, ацетончиком подгладить и вообще красота будет:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

к сожалению только завтра


Согласен, но обычно на зонд нацепляется стеклянный колпак, который заведомо чистый (ну или его можно почистить в aqua regia + piranha).


Вы правы насчет покрытия - оно действительно однородное (conformal), лифт-офф идет сложнее, но для вас это не проблема. Я постоянно делаю лифт-офф с образцами, металлизированными на PVD. Причем, у меня толщина резиста 1...1,5 мкм (обычный i-line резист), а толщина металла иногда достигает 200 нм. Конечно процесс идет сложнее нежели с испаренным металлом, на помощь приходит пипетка, а если уж совсем плохо - то ультразвук.
В вашем случае резист очень толстый (типовая толщина резистов для ПП от 7 до 12 мкм) поэтому даже для толстых слоев металла все будет прекрасно слезать, уверяю. Здесь большую роль играет температура растворителя (ацетона), когда она близка к Т кипения, возникает эффект кавитации, что в значительной степени ускоряет лифт-офф.



каков масштаб?

Резист для PCB - если и будет - то только в самом начале. Затем такой же заводской как и у вас, на микрон.
Ок, буду пробовать тогда наверное. А кремний грешным делом получается также наносить напрямую, без силана? Все-таки самосовмещенные затворы полезные штуки...



ширина кадра - 1мм, там черточки есть (мелкие черточки по 5 микрон правда не увидеть через вебкамеру).

Для "кухни" я бы посоветовал подумать про многотактную динамическую логику и n-МОП технологию с кольцевыми транзисторами - без толстого окисла, и с "затворными" охранными кольцами. В этом случае можно заказать на заводе пластины со сплошным готовым затвором (и подзатворным окислом), и понадобятся только 3 маски: стоки-истоки, контактные окна, разводка.

Или я где-то ошибаюсь, или это слишком хорошо чтобы быть правдой:

http://www.ampika.ru/oborudovanie.html?id=8670

0,13 Па за пол тыщи $, а при 0.13 Па если я нигде не путаю - средняя длина пробега >10см => испарение металла / sputtering deposition должно работать... ?



К сожалению, это слишком экзотично, проектировать топологию относительно сложно + существующие дизайны нельзя использовать (например 4004 ;-) )
PS. Интересно, а маски КР580ВМ80А где-нить достать можно? )

На мелком производстве (не "на кухне"), более-менее стандартная n-МОП делается ~~2 недели, КМОП - ~~2 месяца, а то что выше описал - думаю, ~~2 дня.

Такие насосы (и паромасляные) в огромных количествах в НИИ валяются в подвалах. Цена обычно бутылка коньяку. Придется, конечно перебрать все аккуратно. Я месяц назад по причине подготовки к переезду в другое здание подарил соседям валявшийся под столом ВМН-500 в заводской смазке, правда без инвертора. Там, где есть вакуумная техника, старые насосы не представляют никакой большой ценности, сейчас в моде Varianы размером с банку тушенки.
При наличии жидкого азота можно с помощью форвакуумного насоса откачиваться до 10e-3 торр.

Эт понятно, ни у кого нет времени возиться ) Да и я не особо дружу с механикой, чтобы засучив рукава взяться за приведение в рабочее состояние старого насоса (которые зачастую еще и весят ппц сколько - одна перевозка по Москве 10% цены нового ))) )

Потому вероятно буду пробовать с упомянутой выше моделью - на форуме вакуумщиков говорят что напыление алюминия получится, если он действительно до 0.13Па откачивает.
Проблема пока остается только в вакуумной камере.

На такое давление сработает стеклянный колпак на подставке, как в школе. Самопальные напылительные установки часто так выглядят. Форвакуум, кстати, можно утащить в рюкзаке без особых проблем.

Насос, про который вы спрашивали сгодится. Вакуумные зап. части конечно придется либо достать на каком-нибудь заводе, либо купить...
В принципе, как сказал DS, на такое давление и вправду сгодится простая камера из стекла или оргстекла. Те присопособы для SEM обычно имеют пластиковый корпус.

Насчет самодельной печи смотрите ПДФку прикрепленную. Извините за никудышное оформление - из меня дизайнер никакущий)
Максимальный нагрев - 700 С. Для ваших температур используют похожий дизайн (как-то приходилось разбирать промышленную печь, работающую до 1000С), но опять-таки, я не уверен что это лучше чем обычные ТЭНы.

Спасибо за схему, выглядит обнадеживающе... Поначалу я наивно думал, что смогу лампами нагревать вольфрамовую фольгу, и все )

Но оказалось, металлов которые при 900-1000 не реагируют с кислородом/водой нет (даже платина окисляется. Есть конечно золото, но оно уже плавится ) )
Потому между лампами и образцем остается ставить унылое кварцевое стекло.
По началу планирую лампы отдельно не охлаждать - они из кварца/керамики, от 300-600С не должны развалиться, а от перегрева нити накала должен спасти термостат.

Вопрос измерения температуры - все еще больной вопрос: датчики выше 500С чертовски редкая (и дорогая) штука оказалась.
Будем надеятся мой коварный план использовать обычную галогенку как датчик температуры прокатит, главное чтобы температура образца и лампы не сильно отличались :-)

BarsMonster,
я там глупость написал в PDF - лампа не спиралевидная(!), там несколько галогенок парраллено стоят. Прошу извенить.


Да, причем лучше именно кварц, т.к. он прозрачнее в ближнем ИК диапазоне чем стекло.


У меня когда-то был китайский M890G, судя по х-кам термопары он мог работать до 1000 С. Я никогда не проверял, но, если не ошибаюсь, для термопар такого типа это вполне нормально. Точность +-10 градусов для вас сгодится.

Это он с радостью покажет 1000C на абстрактной термопаре К-типа, а та термопара что в комплекте - имеет пластиковые детали, и даже 300С ей не пережить...
Таких-то у меня пара есть...

Узнал цены на кварцевое стекло. Я в печали. От 2-300$ за кусочек порядка A4... Надо что-то думать...

Не пытаться копировать промышленные технологии массового производства, имхо. При пранируемых для начала ~~100мкм нормах (если правильно понял) работоспособную КМОП-схему средней интеграции (счетчики и тп) не получить, будет 100% брак (из-за большой площади схемы при большой плотности дефектов).

Все-таки советую начать с n-МОП, как раньше описывал (можно без "динамики"). Думаю, с заводскими затворами n-МОП будет намного быстрее "кухонной" КМОП.

Советую _заранее_ проанализировать КМОП по занимаемой площади, и сравнить с n-МОП.

Достижение высоких скоростей - не приоритет, главное чтобы работало и выход не 1% :-)

Все говорят что будет большая плотность дефектов - но я пока не понял о какого рода дефектах идет речь:
1) Дефекты интерфейса канал<>диэлектрик<>затвор?
2) Deep level traps
3) Пыль размером с пол тразистора
4) Снижение подвижности носителей/увеличение кол-ва неосновных носителей из-за грязи - ну это не смертельно до некоторой степени

Способы борьбы с первыми тремя - по крайней мере известны.

Насчет процесса - да, начать с PMOS или NMOS это один из годных вариантов, т.к. легирование - пока самое больное место.

Отвечал только за схемотехнику и топологию, в технологию вникал по-минимуму. Много слоев, в каждом есть случайно разбросанные критические дефекты, приводящие к схемотехнически недопустимым утечкам, замыканиям, обрывам. При наличии хотя одного такого критического дефекта схема неработоспособна. Больше ~~5*5 мм^2 старались не делать, хотя даже 10% выход годных устраивал. А тут при 100мкм нормах один только транзистор будет ~~1мм^2. Потечет заметно сток хотя-бы в одной точке - уже брак.