ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 3.

Az előadások a következő témára: "ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 3."— Előadás másolata:

1 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

2 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.

3

4

5 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?

6 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).

7 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.

8 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,…

9 A tisztaság problémája:

10 Tiszta szoba (cleanroom):

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

12 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.

13 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.

14 Deep pen litography

15 Si: Si +4HNO3 →SiO2+ 2H2O+4NO2. . Sebességek:10-100 nm/perc
Maratás: nedves és száraz Si: Si +4HNO3 →SiO2+ 2H2O+4NO Sebességek: 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….

16 Planáris technológia: fémrétegek alakítása

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

18

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

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

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

22 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...

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

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

25 Indukciós tekercs Si szubsztrátumon:
kép és ekvivalens modell

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

27 Lézeres értékbeállító berendezésben a sugármenet

28 Az értékbeállítás közben mérik az ellenállások értékét
mérőtűk

29 Lézerrel értékbeállított vastagréteg ellenállások
lézeres bevágások

30 Értékbeállítás szimulációjának eredménye

31 Planáris folyamat p-n-p gyártás

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

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

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

35

36 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

37 Tipikus technológia, Si adalékolása:
Általában: C a Si, C 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

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

39 Projected range – mélység,
Straggle – deviációk , mélység és lateráalis IMPLANTÁCIÓ x Energiavesztés-lelassúlás: 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.

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

41 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.

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

43 Különböző CMOS struktúrák (p-és n-völgyekkel)

44 Komplementer MOS inverter: séma, elhelyezés, keresztmetszet.

45 DRAM, SRAM DRAM cella alapkonfigurációja

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

47 a) DRAM árok szerkezettel b) DRAM réteges kapacitással

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

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

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

51 Forró elektronok injekciója az n-csatornába:
Egyelektron memóriacella:

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

53 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,..)

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

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

56 Ultrahangos kötés készítése
Al huzal kötöék chip

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

58 A chip beágyazása műanyagba diszpenzer segítségével

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

60 Mikrohuzalkötések röntgenes vizsgálata
szakadás

61 Mikrohuzalkötések szakítóvizsgálata
Au huzal chip pads

62 Vezetőragasztóval rögzített chipek

63 Flip chip IC részlete bumps

64 Forrasz bumpok az IC chip felületén

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

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

67 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

68 Teljesítmény moduláramkör kiöntés előtt
teljesítmény chipek kivezető hűtőlap műanyag keret

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

70 Kisnyomású fröccssajtolásos tokozás
+CD film 5

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

72 Üveg-fém tok (fedél nélkül)

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

74 Kerámia DIL (Dual-In-Line) tokok

75 Kerámia PGA (Pin-Grid-Array) tok

76 Kerámia chip carrier-be ragasztott IC chip

77 Műanyag BGA (Ball-Grid-Array) tok