ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 3. Litográfia Maratás LIGA Diffúzió Adalékolás Szerkezetek példái, integrált áramkörök. A vastag- és vékonyréteg áramkörök integrált elemeinek megvalósítási formái. Értékbeállítási eljárások, lézeres értékbeállítás. Memóriák Kiszerelés, tokozás

Litográfia és maratás: Átvitt kép(alakzatok) vagy direkt írás ? Foto-, röntgen-, e-sugár, ion. Probléma: felbontás, annak növelése. Maratás: szelektivitás, minőség. Orientált szerkezetek előállítása, LIGA mély maratás-MEMS.

Proekciós rendszerek felbontása: Lmax =k1 / NA, ahol k1-folyamatfüggö állandó, NA=n1.sin, n- az átvivő közeg n-je, Lmax DOF maszk  DOF (depth of focus) – fókusz mélység D=+-Lm/2sin  / (NA)2 TEHÁT: a felbontás növelése érdekében csökkenteni kell a  vagy növelni az NA, vagy mindkettő, + immerszió?

CAD tervezés, méret redukció, készítés: Cr réteg hordozón, FeO2, Maszkok: CAD tervezés, méret redukció, készítés: Cr réteg hordozón, FeO2, 15-20 maszk kell egy IC gyártásához! Szabvány maszk: 15x15 cm2 SiO2 üveg, 6 mm vastag. (hőtágulás, deformáció minimális, UV áteresztés) Fontos: a hibák sürüsége!!! Hasznos csip kimenet: Y=exp(-M.S), ahol M-fatális hibák száma /egység felület, S-csip felülete. Többszörös maszkolásnál n.M.S. Fotorteziszt: Pozitív – a bevilágított maródik, marad a vetített kép. Negatív- fordított. .Szerves anyagok, Shipley, stb, de lehet szervetlen: GeSSe, AsSSe,… Spinning (ha szervetlen – leválasztás).

Expozició-válasz : mennyi reziszt marad az adott expozició és maratás után. Érzékenység=expozició, ami a teljes oldódáshoz szükséges. Kontraszt: =(ln(Er / E1))-1. Elmosódás- diffrakció! + maratási folyamat.

Kisebb méret, jobb DOF, több árnyalat az expozíciónál. Felbontás növelése: Kisebb méret, jobb DOF, több árnyalat az expozíciónál. Fáziseltoló maszk: 1800 fáziseltolás = d vastag +maszk az egyik résre d=/2(nmaszk-1) Másik eljárás: képjavítás, különböző geometriák (kocka, kör) egymás mellett,…

A tisztaság problémája:

Tiszta szoba (cleanroom):

További litográfia technikák: e-sugaras, röntgen, ion, EUV, SCALPEL:scattering with angulár limitation projection electron beam litography

Electron Beam Lithography (EBL) Folyamat: Az elektronsugár „bevilágit” vagy pásztazza a hordozót a megadott program szerint. Pozitívum: felbontás, bármilyen kép, sokszor Negativum: lassú (egy vagy több nagyságrenddel), drága berendezés és maga az eljárás.

Monte-Carlo simulation of electron trajectories in the structures Se/As2S3 Sb/As2S3 E-beam penetrates almost similarly through both type of NMLs at 30 kV.

Deep pen litography

Si: Si +4HNO3 →SiO2+ 2H2O+4NO2. . Sebességek:10-100 nm/perc Maratás: nedves és száraz Si: Si +4HNO3 →SiO2+ 2H2O+4NO2. . Sebességek:10-100 nm/perc A SiO2 réteg oldására használjuk a HF savat: SiO2+6HF →H2SiF6+2H2O Vagy: HF + NH4F(buffered HF, buffered-oxid-etch) Orientáció-függő maratás: (100) síkon át (110) síkon át GaAs: H2SO4.H2O.H2O2, H3PO4.H2O.H2O2 (8:1:1) , v=800 nm/perc. Fontos az orientáció, a Ga és az As atomok kioldása….

Planáris technológia: fémrétegek alakítása

Plazma maratás: Lehetne direkt plazma hatás (sputtering), de jobbak a marató gázok. RIE- reactive ion etching. ATOMKI ECR

LIGA: (német lithographic, galvanoforming,abforming) litográfia-elektrokémia-molding Mikrométer széles, sok mikrométer mély elemek gyártása

FIB(Focused Ion Beam) írás, adalékolás Ionok implantálhatók Elektronokat lokalizálhatunk, rezistorok kialakítása Lokális adalékolás SPM: litográfia Atomi felbontás, atomok hozzáadása, deszorbciója, oxidáció, marás- nanotechnológia

Poly Si MOSFET metszete, gát fémréteggel az Al és a Si között, kompozit kapuelektródával

Alapelemek és technológiájuk: Passzív elemek: ellenállás, kondenzátor, indukciós tekercs –volt már, de ismételjük p-n átmenet, heteroátmenet, p-n-p, FET: Litográfia- maratás- DIFFÚZIÓ(implantáció)- litográfia...

Passzív elemek: ellenállás, kondenzátor, indukciós tekercs Integrált áramkör rezisztora.

a)Integrált MOS kapacitás, b)Integrált p-n kapacitás

Indukciós tekercs Si szubsztrátumon: kép és ekvivalens modell

Vastagréteg hibrid IC érték-beállítási terve Értékbeállítás:ellenállás Vastagréteg hibrid IC érték-beállítási terve

Lézeres értékbeállító berendezésben a sugármenet

Az értékbeállítás közben mérik az ellenállások értékét mérőtűk

Lézerrel értékbeállított vastagréteg ellenállások lézeres bevágások

Értékbeállítás szimulációjának eredménye

Planáris folyamat p-n-p gyártás

Bipoláris tranzisztor gyártása: a-betemetett réteg implantációja b- epitaxia c- reziszt , maszkolás, maratás d- implantáció Oxid-szigetelt bipoláris tranzistor metszete

MOSFET keresztmetszete (Si, n-csatornás), rétegtechnológia.

Bipoláris tranzisztor gyártása: a-oxid szigetelés b-bázis implantáció c-vékony oxid eltávolítása d-emitter és kollektor implantáció

DIFFÚZIÓ Az ionimplantáció és a diffúzió technológia alkalmazása adalékolásra Alapfolyamatok és problémák: Koncentráció gradiens, diffúzió, diffúzió profil, laterális diffúzió hatása Ionimplantáció: előnyök és hátrányok, a roncsolás kiküszöbölése

Tipikus technológia, Si adalékolása: Általában: 800-1200C a Si, 600-1000C a GaAs esetében. Si+B =p-típus, Si+P, As = n-típus, oldékonyság tőbb mint 1020 cm-3! Diffúzió szilárd fázisból (BN, As2O3, P2O5), folyadékból (B2H6, AsH3, PH3) 4POCl3+3O2→2P2O3 +6Cl2, továbbá: 2P2O5 (üveg)+5Si → 4P(diffundál)+5SiO2 ∂C/∂t = D ∂2C/∂x2, D=Doexp(-Ea/kT), D=cm2/s

Foszfor diffúziós profiljai különböző felületi koncentráciok esetében , folyamat 1 óra 1000 C. d-a legnagyobb koncentráció, Ugrás- vakanciák szerepe változik

Projected range – mélység, Straggle – deviációk , mélység és lateráalis IMPLANTÁCIÓ x Energiavesztés-lelassúlás: 100-200 keV →0. atomi ütközések és kölcsonhatás az elektronokkal Rp Projected range, straggle, lateral straggle B,P,As in Si(a), H,Zn,Te in GaAs (b) Többszörös implantáció, különböző energiákkal – mélyebb profil.

Ionimplantáció – kristályrács roncsolás – hibák eltüntetése Hökezelés – öndiffúzió, Újabb implantáció….

Integrált elemek. Elektromos memória. DRAM- dynamic random access memory, SRAM-static RAM CMOS-complementary MOS (p-MOS and n-MOS pair) ROM, PROM , EEPROM, FLASH ChVG switch, programmable resistance.

ALAP: MOSFET Lineáris működési tartomány: a drain feszültség változása a csotorna mentén

Különböző CMOS struktúrák (p-és n-völgyekkel)

Komplementer MOS inverter: séma, elhelyezés, keresztmetszet.

DRAM, SRAM DRAM cella alapkonfigurációja

CMOS SRAM cella konfigurációja, T1T2-p-csatorna terhelés, T3T4 vezérlók, T5T6 hozzáférhetés

a) DRAM árok szerkezettel b) DRAM réteges kapacitással

Egytranzisztoros DRAM cella tároló kapacitással: Áramkör sémája Cella elrendezése A-A metszet Duplaréteges polisilicíum

Nonvolatile memory (nemillékony) Floating gate – lebegó gát memória : metszet és séma

Nonvolatile memory: a)Floating gate b)MNOS (metal-nitrid-oxide-semiconductor) c) Ekvivalens áramkör

Forró elektronok injekciója az n-csatornába: Egyelektron memóriacella:

GaAs MESFET gyártási technológia: GaAs epitaxia GaAs hordozón, n+ -kontakt réteg Mesa maratás (b) Fém kontaktus párologtatás (c) Csatorna és gát kialakítás (d, e)

Kiszerelés, tokozás Jel be Jel ki Hő Tartóra szerelés – kiszerelés Táp Jel be Jel ki Hő Tartóra szerelés – kiszerelés Feladata: mechanikai megfogás, hő-leadás, jel be- ki-, árnyékolás. Lemez darabolása, tesztelés (hibás elemek jelőlése mágneses festék), Vákuumos csipeszelés, forrasztás vagy ragasztás a tönkre (Fe-Co-Ni, Cu, stb. (hőtágulás egyezés!)). Tokozás: üveg, polimer (kis teljesítmény), fém-kerámia (Al2O3, BeO,..)

Chip-and-wire technikával beültetett IC chip Kiszerelés: Chip-and-wire technikával beültetett IC chip Au pad-ek a hordozón mikrohuzalos bekötések chip

Termokompressziós kötés készítése 25,4 µm-es Au huzal kapilláris hordozó

Ultrahangos kötés készítése Al huzal kötöék chip

Chip-and-wire technikával beültetett IC védelme +film CD

A chip beágyazása műanyagba diszpenzer segítségével

Példa a chip-and-wire technikával elérhető méretcsökkenésre tokozott IC-k tokozatlan IC chipek

Mikrohuzalkötések röntgenes vizsgálata szakadás

Mikrohuzalkötések szakítóvizsgálata Au huzal chip pads

Vezetőragasztóval rögzített chipek

Flip chip IC részlete bumps

Forrasz bumpok az IC chip felületén

Forrasz bump a chip alumínium kontaktus felületén Al kontaktus felület (pad)

Flip chipek védelme műanyag alátöltéssel alátöltő műanyag hordozó +CD film (3, 4,

chip TAB IC-nél a belső kötés (a chip és a kivezető szalagok összekötése) TAB (Tape Automated Bonding)-kötési technológia, a hajlékony szalagra felvitt 35 m fémfóliából maratással kialakított kivezetéseket közvetlenül (termokompresszió,…) egyesítik az IC chippel (TAB IC). kivezetők chip

Teljesítmény moduláramkör kiöntés előtt teljesítmény chipek kivezető hűtőlap műanyag keret

Furatba szerelhető alkaltrészek, chipek Chip in board (egy mélyedésbe) Chip on board (a felületre) Flip chip szerelés Ragasztás

Kisnyomású fröccssajtolásos tokozás +CD film 5

A fém-üveg tok állványa és zárfedele A tokot vonalhegesztéssel zárják le. +CD film 7

Üveg-fém tok (fedél nélkül)

Fémtokos multi-chip-modul (MCM) áramkör (zárófedél nélkül) üveg szigetelő a tok és a kivezetők között vastagréteg IC Au-val bevont kovar tok

Kerámia DIL (Dual-In-Line) tokok

Kerámia PGA (Pin-Grid-Array) tok

Kerámia chip carrier-be ragasztott IC chip

Műanyag BGA (Ball-Grid-Array) tok