Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Villamosmérnöki Szak, II. évfolyam Elektronika.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Villamosmérnöki Szak, II. évfolyam Elektronika."— Előadás másolata:

1 Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Villamosmérnöki Szak, II. évfolyam Elektronika I. Villamosmérnöki Szak, II. évfolyam Elektronika I.

2 Integrált áramkörök: a fejlődési tendenciák Az integrált áramkörök fejlődését az un. „roadmap-ek” foglalják ösze. Ezek az elektronika és a mikroelektronika különböző szakértőinek közreműködésével készült, többnyire önbeteljesítő előrejelzések a mikroelektronika fejlődési tendenciáira:

3 Mit kell megvalósítan? Rétegszerkezeteket ! Tranzisztorok keresztmetszetei: npn bipoláris tranzisztor n csatornás MOS tranzisztor SZIGETELÉS

4 Többrétegű összeköttetésrendszer keresztmetszete Via Wire

5 „Vertikális” struktúra kialakítása: technológia „Horizontális” struktúra kialakítása: tervezés Időben és térben elkülönülnek A kettő közötti kapcsolatot az adott technológiához rendelt Tervezési Szabályok adják meg. Technológia és tervezés

6 VLSI áramkörök gyártástechnológiája: planár technológia A planár szó arra utal, hogy az integrált áramkörök gyártása síkbeli elrendezésben történik. A gyártás „síkja” a félvezető szelet (wafer) felülete. Kiindulási alap: a rudakban készülő szilicium egykristály. Ezekből szeletelik a 2-12” átmérőjű kb. negyed milliméter - 1 mm vastag szeleteket. Egy szeleten több ezer IC (chip vagy die) készül egyszerre. Darabolt szelet: chip-ek, lapkák, IC lapkák, morzsák.

7 A megmunkálás során a szeletek csoportosan járják végig a technológia lépéseit, egy ilyen csoport neve: party Az ábrán egy party- nak a diffúziós (oxidációs) kályhába történő behelyezése látható A félvezető gyártás különösen nagy tisztasági igényű. A technológiai lépések un. tiszta szobák-ban történnek

8 A félvezető gyártás során adalékolási (diffúzió,ionimplantáció), rétegfelviteli (oxidáció, epitaxia, fizikai és kémiai rétegleválasztás) litográfiai műveletek váltják egymást Félvezető gyártás

9 A chip keresztmetszete: méretviszonyok Szubsztrát (hordozó) Si, vastagság ~ μm SiO 2 ~1μm Eszközök, elektródák formálása ~10μm

10 Réteg leválasztási eljárások Kémiai vagy fizikai módszerek, amikkel a teljes szelet felületét beborító, összefüggő réteget hoznak létre. Oxidáció A Si felületén a SiO 2 réteg létrehozása oxigén környezetben kb  C hőmérséklet hatására. A felületen a SiO 2 réteg tökéletes szigetelő, vegyi anyagokkal szemben szelektíven viselkedik. A SiO 2 szerepe kettős: 1. gyártástechnológiai (maszkol) 2. elektronikai  szigetel a felületi rétegek között (vastag oxid)  MOS tranzisztorokban dielektrikum (vékony oxid)

11 Oxidáció Si SiO 2 56% 44% Si oxidálása száraz O 2 -ben vagy H 2 O gőz tartalmú O 2 -ben E kr =5x10 8 V/m,   =3.8-4, a felületi állapotok sűrűsége Q ss = /cm 2 d =2 nm nm

12 Oxidlépcső képződése Si SiO 2 56% 44% Az oxidlépcső nehézségeket okoz a fotolitográfiában és a fémezés során. 56% 44%

13 Epitaxiális réteg növesztés A felületen olyan Si réteg létrehozása, ami az egykristályos szerkezetet folytatja, de pl. kisebb adalékolású  C hőmérsékletű művelet. Eszköze rendszerint a CVD ( Chemical Vapor Deposition ) Kémiai gőzfázisú reakció hatására amorf vagy polikristályos, esetleg egykristályos (epitaxiális) Si leválasztása a felületre Epitaxia

14 Si, p + SiCl 4 hőbontása H 2 gázközegben (kvarccsőben, kályhában, fokon). A réteg leválasztás közben adalékolható. d =2 -10 mikron Si, n - SiCl 4 + H 2 =Si + 4HCl Ugrásszerű adalékolás változás az átmeneten !

15 Cél: a felület bizonyos helyein a félvezető adalékolásának megváltoztatása. Módjai:  Diffúzió  Ionimplantáció Diffúzió : nagy hőmérséklet (kb  C ) hatására a felületre felvitt adalék atomok bediffundálnak a sziliciumba azokon a helyeken, ahol a felületet nem védi szilicium dioxid. A szilicium dioxid „maszkol” a diffúzióval szemben. Adalékolási műveletek

16 A diffúzióval létrehozott rétegek koncentráció eloszlása (adalékprofil) x = 0 a felület, növekvő x értékek a szeletre merőleges irányba mutatnak. A felületi rétegek adalékoltsága erősebb Oldalirányú diffúzióval is kell számolni. Adalékprofil megoldása Gauss vagy erfc függvény (adalékprofil) Diffúziós egyenlet írja le,

17 Elektrosztatikusan felgyorsított ionok belövése az anyagba (nagyvákuum térben). Ionimplantációval létrehozott réteg koncentráció eloszlása, x = 0 a felület, növekvő x értékek a szeletre merőleges irányba mutatnak (Gauss függvény). Ionimplantáció (ionbeültetés)

18 Ionimplanter B szelet Ionforrás előgyorsító 10 kV apertúra utógyorsító eltérítő Utógyorsító: 100 kV-2.5 MV = ionenergia B: indukció a tömegszeparátorban

19 Az ionimplantáció előnyei a diffúzióval szemben:  nagyobb pontosság, tisztaság (tömegszeparátor),  alacsony hőmérsékletű művelet (fotoreziszt is maszkolja)  nincsen jelentős oldalirányú méretkülönbség az ablak és az implantált terület között, Hátrányai:  károsítja a kristályszerkezetet (hőkezelni kell)  kevésbé termelékeny, mint a diffúzió,  drágább, veszélyesebb üzemű.

20 PVD (Physical Vapor Deposition) Fémrétegek leválasztása katódporlasztás vagy vákuum-párologtatás útján Fizikai gőzfázisú leválasztás Ar Az elporlasztandó katódanyag: W, Cr, Ni, Al, Cu, Si Argon atmoszférában kis nyomáson egyenfeszültségű v. RF gázkisülés keltése: Ar ionok + elektronok = plazma. Gázelszívás Vákuum: szabad úthossz > edény

21 Vákum-párologtatás Gázelszívás Tömítés Al forrás Si szeletek forgó tányéron

22 Litográfiai eljárások Ezek segítségével hozzák létre a szilicium dioxidban a szükséges mintázatot. Lépései fotoreziszt felvitel a szeletre (lakkcentrifuga, szárítás) minta leképezés (megvilágítás, előhívás, beégetés) oxid marás, lakk eltávolítás Leggyakrabban a maszkokon keresztül történő megvilágítással hozzuk létre fototechnikai úton a SiO 2 -ben a szükséges mintázatot. Minden technológiai lépéshez más maszk szükséges  egy technológiát egy maszk sorozat definiál. A mintázatot (pattern data) számítógépi tervező programok készítik.

23 A minta leképezés lehetséges módozatai Vetítés léptetve, kicsinyítéssel, kontakt/proximity másolás, közvetlen szeletre írás (elektronsugaras)

24 Fotolitográfiai lépések A szükséges mintázat kialakítása a SiO 2 -ban Si hordozó Si-dioxid reziszt maszk A megvilágított területeken a fotoreziszt anyag oldhatóvá válik, így a maszk mintázat átkerül a fotorezisztbe. Si hordozó Si-dioxid Előhívás után

25 Oxidmarás után Si hordozó Tisztítás, lakkeltávolítás után Si hordozó Adalékok bejuttatása (pl.diffúzió) A SiO 2 -ben kialakított mintázat maszkol a diffúzióval szemben

26 A szeleteken végzett műveletek csoportos műveletek  olcsók. Az egyedi műveletek drágák, minimalizálandók. Az ellenőrzési (tesztelési) lépésekből minél többet célszerű még a szeleten elvégezni, hogy a rossz lapkákat ne tokozzák be. Szeletelés Egyedi műveletek

27 Tokozás Jellegzetes tokozási módok: flip chip tokozás aranyhuzalos kikötésű (bondolt) tokozás

28 Vékony oxidSource/drain adalékolás p-p- poli-Si gate oxid fémezés, kontaktus Struktúra: Layout: L W n+n+ n+n+ p + field implant (csatorna stop) MOS IC-k gyártásának lépései (összefoglalás)

29

30

31 Wafer

32 Példa: egy elkészült IC kis részlete, (pásztázó elektronmikroszkópi kép, szigetelés kimarva)


Letölteni ppt "Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Bevezetés a Mikroelektronikába: technológiai eljárások Villamosmérnöki Szak, II. évfolyam Elektronika."

Hasonló előadás


Google Hirdetések