Technologie

mikroelektroniczne –

systematyka

Autor: Damian Wojcieszak

1. Porównanie technologii

TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE:

PÓŁPRZEWODNIKOWA

CIENKOWARSTWOWA

GRUBOWARSTWOWA

1. Porównanie technologii

Technologia półprzewodnikowa:
• najdroższa (długie tanie serie)
• najwyższa klasa czystości pomieszczeń
• najmniejsze wymiary (nano, mikro)
• elementy bierne i czynne, MEMS
• …

1. Porównanie technologii

Technologia cienkowarstwowa:
• droga
• średnia klasa czystości pomieszczeń
• wymiary mikro
• głownie elementy bierne, sensory
• …

1. Porównanie technologii

Technologia grubowarstwowa:
• najtańsza (krótkie serie, niedrogie)
• wymiary mikro
• elementy bierne, obudowy, sensory
• …

2. Technologia
półprzewodnikowa

Stosowane materiały:
• german (lata 50-te)
• Si
• AIII BV (np. GaAs)
• AII BVI (np. CdS, CdHgTe)
• …

2. Technologia
półprzewodnikowa

Wytwarzanie czystego oraz jednorodnie
domieszkowanego krzemu:

a) oczyszczanie chemiczne (czystość 99,9%)
b) oczyszczenie strefowe (krzem polikrystaliczny)
c) wytwarzanie monokryształów metodą wyciągania z roztworu
(metodą

Czochralskiego):

-

- w tyglu czysty polikrystaliczny Si, pręt z zarodkiem

monokrystalicznym,

- tygiel pokryty SiO

2

, roztwór przykryty B

2

O

3

, atmosfera

Ar+5%H2, 1.5At,

- szlifowanie kryształu (ścięcia bazowe),
- cięcie kryształu na podłoża,
- szlifowanie, polerowanie i mycie podłoży

2. Technologia
półprzewodnikowa

Procesy w technologii półprzewodnikowej:

wytwarzanie

warstw

dielektrycznych

domieszkowanie

wytwarzanie metalizacji

epitaksja

litografia

2. Technologia
półprzewodnikowa

Wytwarzanie warstw dielektrycznych:
• proces utleniania:

– termiczne (900-1200°) – SiO

2

na Si

• suche, mokre, ciśnienie atmosferyczne lub

wysokie

– anodowe (Si-anoda, Pt -katoda, elektrolit)

• chemiczne osadzanie z fazy gazowej - CVD (SiO

2

,

Si

3

N

4

, Al

2

O

3

)

2. Technologia
półprzewodnikowa

Domieszkowanie przez:
• wdyfundowanie atomów domieszki do materiału

półprzewodnika ze źródła domieszki (ciekłego,
gazowego lub stałego), 2 etapy: predyfuzja (powstaje
warstwa bardzo silnie domieszkowana i na ogół płytka)
i redyfuzja (wprowadzona wcześniej domieszka
wędruje w głąb płytki półprzewodnikowej)

• implantacja domieszki do półprzewodnika (jonizacja

domieszki, rozpędzenie jonów w polu elektrycznym,
bombardowanie półprzewodnika, zaburzenie struktury
krystalicznej, wygrzewanie, precyzyjna metoda)

2. Technologia
półprzewodnikowa

Epitaksja - proces wzrostu warstw

monokrystalicznych na

podłożu

monokrystalicznym:

• homoepitaksja - taka sama struktura krystaliczna

warstwy
i podłoża np. Si/Si)

• heteroepitaksja – różne struktury krystaliczne

warstwy
i podłoża np. SiGe/Si

Procesy epitaksji:
• osadzanie z fazy gazowej: CVD, MOCVD
• osadzanie za pomocą wiązki molekularnej - MBE

2. Technologia
półprzewodnikowa

Litografia - odwzorowanie na powierzchni

R e z y s t p o z y ty w o w y

R e z y s t n e g a ty w o w y

L i f t - o f

W y w o ły w a n i e

T r a w ie n i e

U s u w a n i e

r e z y s tu

Rodzaje litografii: fotolitografia (UV),

rentgenolitografia, elektronolitografia,
jonolitografia.

2. Technologia
półprzewodnikowa

Wytwarzanie metalizacji (metodą osadzania próżniowego –

cienkie warstwy) :

• naparowanie próżniowe za pomocą źródeł par grzanych

– oporowo (grzejniki wolframowe, tantalowe, molibdenowe)
– indukcyjnie (tyglowe źródła par o wysokiej wydajności)
– wiązką elektronową (działa el. o mocy 10...15kV*A) - Al,

Au, Ni, Ti

• rozpylanie w układzie diodowym, triodowym,

magnetronowym

2. Technologia
półprzewodnikowa

Trawienie – usuwanie w w sposób kontrolowany

materiału półprzewodnika lub naniesionej na nim

warstwy dielektryka lub metalu

Rodzaje trawienia:
• mokre – stosowane roztwory reagujące z trawionym

materiałem

• suche – stosowane zjonizowane gazy reagujące z

trawionym

materiałem, wyróżniamy:

a) chemiczne trawienie w plaźmie
b) trawienie z zastosowaniem jonów

– rozpylanie – trawienie fizyczne
– wiązką jonową (IBE)
– reaktywne trawienie wiązką jonową (RIBE)
– wspomagane chemicznie trawienie wiązką jonową (CAIBE)

3. Technologia
cienkowarstwowa

Układy cienkowarstwowe najczęściej wytwarza się

metodami nanoszenia w próżni (naparowywanie
termiczne, rozpylanie) cienkich warstw
przewodzących, rezystywnych i dielektrycznych na
podłoża izolacyjne (szkło, ceramika)

Inne metody osadzania warstw cienkich:
• osadzanie elektrochemiczne
• utlenianie anodowe
• utlenianie termiczne
• pyroliza (z fazy gazowej)
• …

3. Technologia
cienkowarstwowa

Metody nanoszenia próżniowego cienkich warstw:
• naparowanie próżniowe za pomocą źródeł par grzanych

– oporowo (grzejniki wolframowe, tantalowe,

molibdenowe)

– indukcyjnie (tyglowe źródła par o wysokiej wydajności)
– wiązką elektronową (działa el. o mocy 10...15kV*A) -

Al, Au, Ni, Ti

• metoda diodowa DC, RF
• metoda triodowa DC (NiCr), RF (reaktywnie Ta

2

N)

• metoda magnetronowa (Cu, Al, Cr, Ti, Ag, TiN / AlN,

Al

2

O

3

, Ta

2

O

5

, SiO

2

)

• …

4. Technologia grubowarstwowa

Układy grubowarstwowe wytwarza się nanosząc

techniką sitodruku warstwy przewodzące, rezystywne

i dielektryczne na podłoża izolacyjne (ceramika).

Warstwy poddawane są następnie obróbce termicznej

Wyróżniamy układy:
• wysokotemperaturowe – temperatura wypalania 700 –

1000

0

C

• niskotemperaturowe (polimerowe) – temperatura

utwardzania 100 – 350

0

C

4. Technologia grubowarstwowa

Technologia grubowarstwowa - materiały i

właściwości:

•

grubość warstw  515m (35 45m – dielektryk)

•

szerokość ścieżek (min)  300m (50 m - druk

precyzyjny, 15 m – fotolitografia

•

warstwy przewodzące – Au, Ag, PdAg… , rezystancja
powierzchniowa 5m/

•

warstwy rezystywne – RuO

2

, IrO

2

, Bi

2

Ru

2

O

7

…,

rezystancja powierzchniowa R = 10  10

7

/, TWR 

50 ppm/K

4. Technologia grubowarstwowa

Stosowane podłoża:
• ceramika alundowa (96% Al

2

O

3

)

• ceramika AlN
• ceramika berylowa
• podłoża stalowe

Właściwości stosowanych podłoży:
• odporność na wysokie temperatury
• izolacja elektryczna
• przewodność cieplna
• rozszerzalność termiczna
• wymiary geometryczne

4. Technologia grubowarstwowa

Etapy wytwarzania układów grubowarstwowych:
• drukowanie warstw grubych ( pasta, gęstość sita,

odległość sito – podłoże, kąt natarcia, pionowy
przesuw rakla, twardość rakla)

• suszenie (150°C)
• wypalanie (odpowiedni profil, LTCC temp max

850°C, HTCC 1600°C)

• korekcja laserowa rezystorów (rozrzut 10-15%,

projektowane na mniejszą wartość R), różne
kształty cięcia, dwa cykle doregulowania

• …

5. MCM

Moduły MCM:
• MCM-D (osadzanie cienkich warstw metalicznych

lub dielektrycznych na Si, C, ceramice, podłożu
metalowym)

• MCM-L (laminowane, jak wielowarstwowe obwody

drukowane)

• MCM-C (ceramika, wielowarstwowe układy

grubowarstwowe na podłożu ceramicznym)

• 3D –MCM (zawierające układy scalone

umieszczone pionowo)

Dziękuję za uwagę