el1011 wyk07 technologia krzemowa

background image

2010-12-07

1

Podstawy elektroniki

Podstawy elektroniki

i energoelektroniki

i energoelektroniki

Wykład 7

Wykład 7

Technologia krzemowa

Technologia krzemowa

dr in

ż

. Andrzej Kociubi

ń

ski

dr in

ż

. Andrzej Kociubi

ń

ski

grudzie

ń

2010

grudzie

ń

2010

Literatura

Literatura

•• wykład

wykład

•• Technologia krzemowa

Technologia krzemowa

– Romuald B. Beck

Romuald B. Beck

•• Procesy technologiczne w elektronice półprzewodnikowej

Procesy technologiczne w elektronice półprzewodnikowej

– praca zbiorowa

praca zbiorowa

•• literatura angloj

ę

zyczna

literatura angloj

ę

zyczna

•• internet

internet

DEFINICJA „idealistyczna”

DEFINICJA „idealistyczna”

Pró

ż

nia:

Pró

ż

nia:

przestrze

ń

wolna od jakiejkolwiek materii

przestrze

ń

wolna od jakiejkolwiek materii

Co to jest próżnia?

Co to jest próżnia?

DEFINICJA „techniczna”

DEFINICJA „techniczna”

Próżnia:

Próżnia:

przestrzeń, w której koncentracja bądź ciśnienie gazu

przestrzeń, w której koncentracja bądź ciśnienie gazu

są niższe

niższe od koncentracji lub ciśnienia powietrza

od koncentracji lub ciśnienia powietrza

atmosferycznego na poziomie morza (0 m n.p.m.)

atmosferycznego na poziomie morza (0 m n.p.m.)

Środowisko próżni

Środowisko próżni





plazm

ą

plazm

ą

składa

składa si

ę

si

ę

ze

ze swobodnych

swobodnych jonów

jonów (a

(a dokładniej

dokładniej

j

ą

der

j

ą

der atomowych)

atomowych) ii elektronów

elektronów





g

ę

sto

ść

g

ę

sto

ść

plazmy

plazmy jest

jest mała

mała w

w porównaniu

porównaniu z

z g

ę

sto

ś

ci

ą

g

ę

sto

ś

ci

ą

ciał

ciał

stałych,

stałych, cieczy

cieczy a

a nawet

nawet gazów

gazów





jako

jako cało

ść

cało

ść

plazma

plazma jest

jest elektrycznie

elektrycznie oboj

ę

tna

oboj

ę

tna





głównymi

głównymi parametrami

parametrami plazmy

plazmy s

ą

s

ą

jej

jej temperatura

temperatura oraz

oraz

koncentracja

koncentracja cz

ą

stek

cz

ą

stek naładowanych

naładowanych

Plazma idealna

Plazma idealna





przynajmniej

przynajmniej 99

99%

% widzialnej

widzialnej materii

materii we

we

wszech

ś

wiecie

wszech

ś

wiecie

istnieje

istnieje

w

w

postaci

postaci

plazmy

plazmy





przestrze

ń

przestrze

ń

pozaziemska

pozaziemska::

gwiazdy,

gwiazdy,

materia

materia

mi

ę

dzygwiazdowa,

mi

ę

dzygwiazdowa,

pasy

pasy

radiacyjne

radiacyjne promieniowania

promieniowania wokół

wokół Ziemi

Ziemi





Ziemia

Ziemia:: jonosfera,

jonosfera, zorza

zorza polarna,

polarna, słup

słup

wyładowania

wyładowania

atmosferycznego,

atmosferycznego,

płomie

ń

,

płomie

ń

, wyładowania

wyładowania w

w gazach,

gazach, łuk

łuk

elektryczny,

elektryczny,

wyładowanie

wyładowanie

koronowe,

koronowe,

ognie

ognie

ś

w

ś

w..

Elma,

Elma,

front

front

silnych

silnych

fal

fal

uderzeniowych

uderzeniowych (szczeg

(szczeg..,, detonacje

detonacje w

w

rozrzedzonych

rozrzedzonych gazach)

gazach)

Występowanie plazmy

Występowanie plazmy

background image

2010-12-07

2

nanoszenie warstw

- rozpylanie (ang. sputtering)

- synteza PECVD

(ang. Plasma-enhanced chemical vapor deposition)

suche trawienie

płytkie domieszkowanie

inne – czyszczenie oraz obróbka (amorfizacja, planaryzacja)
powierzchni,

ź

ródła promieniowania X oraz gł

ę

bokiego UV w

litografii, wywoływanie fotorezystu...

Występowanie plazmy w technologii

Występowanie plazmy w technologii

atomy

atomy plazmy

plazmy rzeczywistej

rzeczywistej s

ą

s

ą

zazwyczaj

zazwyczaj zjonizowane

zjonizowane w

w

ż

nym

ż

nym stopniu

stopniu (pojedynczo,

(pojedynczo, podwójnie

podwójnie itd

itd..))

plazma

plazma taka

taka jest

jest tylko

tylko cz

ęś

ciowo

cz

ęś

ciowo zjonizowana,

zjonizowana, tj

tj.. oprócz

oprócz

swobodnych

swobodnych jonów

jonów ii elektronów

elektronów zawiera

zawiera równie

ż

równie

ż

cz

ą

stki

cz

ą

stki

neutralne

neutralne b

ą

d

ź

b

ą

d

ź

wzbudzone

wzbudzone oraz

oraz fotony

fotony

plazma

plazma

mo

ż

e

mo

ż

e

by

ć

by

ć

bardzo

bardzo

g

ę

sta,

g

ę

sta,

tj

tj..

wyst

ę

powa

ć

wyst

ę

powa

ć

pod

pod

ci

ś

nieniem

ci

ś

nieniem

atmosferycznym

atmosferycznym

czy

czy

nawet

nawet

przy

przy

ci

ś

nieniach/g

ę

sto

ś

ciach

ci

ś

nieniach/g

ę

sto

ś

ciach bardzo

bardzo ekstremalnych

ekstremalnych (j

ą

dro

(j

ą

dro sło

ń

ca,

sło

ń

ca,

biały

biały karzeł,

karzeł, gwiazda

gwiazda neutronowa)

neutronowa)

Plazma rzeczywista

Plazma rzeczywista

Czystość jest najważniejsza

Czystość jest najważniejsza

włos ludzki

włos ludzki

~80 µm

~80 µm

zakłócenia we wzro

ś

cie warstw epitaksjalnych (dyslokacje

zakłócenia we wzro

ś

cie warstw epitaksjalnych (dyslokacje

i defekty),

i defekty),

pogorszenie parametrów warstw dielektrycznych:

pogorszenie parametrów warstw dielektrycznych:

−−

upływno

ść

upływno

ść

















,,

−−

wytrzymało

ść

elektryczna

wytrzymało

ść

elektryczna

















,,

−−

niezawodno

ść

niezawodno

ść

















..

zakłócenia w wierno

ś

ci odwzorowywania kształtów

zakłócenia w wierno

ś

ci odwzorowywania kształtów

metodami litograficznymi,

metodami litograficznymi,

zakłócenia ci

ą

gło

ś

ci warstw i struktur.

zakłócenia ci

ą

gło

ś

ci warstw i struktur.

Czystość

Czystość

Zagro

ż

enia

Zagro

ż

enia wynikaj

ą

ce

wynikaj

ą

ce z

z obecno

ś

ci

obecno

ś

ci drobin

drobin pyłów

pyłów dla

dla

jako

ś

ci

jako

ś

ci procesów

procesów technologicznych

technologicznych

Budowa układów scalonych wymaga

Budowa układów scalonych wymaga

ultraczystych, bardzo precyzyjnych fabryk

ultraczystych, bardzo precyzyjnych fabryk

Process Area

Equipment Area

Class 1000

Equipment Area

Class 1000

Raised Floor with Grid Panels

Return Air

HEPA Filter

Fans

Pump, RF and etc.

Process Tool

Process Tool

Makeup Air

Makeup Air

Class 1

Cleanroom

Cleanroom

background image

2010-12-07

3

Wytwarzanie monokryształu krzemu

Wytwarzanie monokryształu krzemu

Cięcie monokryształu krzemu

Cięcie monokryształu krzemu

na pojedyncze płytki

na pojedyncze płytki

Schemat procesu wytwarzania

Schemat procesu wytwarzania

układu scalonego

układu scalonego

Wytwarzanie nowej warstwy

Wytwarzanie nowej warstwy

(utlenianie, osadzanie, naparowywanie, domieszkowanie, implantacja)

(utlenianie, osadzanie, naparowywanie, domieszkowanie, implantacja)

Odwzorowanie wzorów obszarów

Odwzorowanie wzorów obszarów

Usuwanie zb

ę

dnych fragmentów

Usuwanie zb

ę

dnych fragmentów

(trawienie)

(trawienie)

Wytwarzanie masek

Wytwarzanie masek

Litografia

Litografia

Epitaksja

Epitaksja

Utlenianie

Utlenianie

Osadzanie i nakładanie warstw

Osadzanie i nakładanie warstw

Trawienie

Trawienie

Dyfuzja

Dyfuzja

Implantacja

Implantacja

Polerowanie

Polerowanie

Pakowanie

Pakowanie

Diagnostyka

Diagnostyka

Podstawowe procesy technologiczne

Podstawowe procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

background image

2010-12-07

4

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

Procesy technologiczne

background image

2010-12-07

5

Epitaksja

Epitaksja

Mo

ż

e nast

ę

powa

ć

z fazy

Mo

ż

e nast

ę

powa

ć

z fazy

gazowej, ciekłej i stałej.

gazowej, ciekłej i stałej.

Uporz

ą

dkowany wzrost na podło

ż

u krystalicznym warstwy

Uporz

ą

dkowany wzrost na podło

ż

u krystalicznym warstwy

krystalicznej, zachowuj

ą

cej struktur

ę

podło

ż

a.

krystalicznej, zachowuj

ą

cej struktur

ę

podło

ż

a.

Homoepitaksja

Homoepitaksja

– identyczny skład chemiczny podło

ż

a i

identyczny skład chemiczny podło

ż

a i

warstwy;

warstwy;

Heteroepitaksja

Heteroepitaksja

– ró

ż

ny

ż

ny

skład chemiczny

skład chemiczny
podło

ż

a i warstwy

podło

ż

a i warstwy

Po co?

Po co?

--

modyfikacja

modyfikacja własno

ś

ci

własno

ś

ci elektrycznych

elektrycznych materiału,

materiału,

--

mo

ż

liwo

ść

mo

ż

liwo

ść

wytwarzania

wytwarzania „ostrych”

„ostrych” przej

ść

przej

ść

pomi

ę

dzy

pomi

ę

dzy

ż

nymi

ż

nymi materiałami,

materiałami, np

np.. struktury

struktury wielowarstwowe

wielowarstwowe

(tzw

(tzw.. studnie

studnie kwantowe)

kwantowe)

Epitaksja

Epitaksja

Advanced Micro Devices

Stanowiska procesu metalizacji

Stanowiska procesu metalizacji

Passivation layer

Bonding pad

metal

p

+

Silicon substrate

LI

oxide

ST

I

n-

well

p-

well

ILD-

1

ILD-

2

ILD-

3

ILD-

4

ILD-

5

M-

1

M-

2

M-

3

M-

4

Poly
gate

p

-

Epitaxial layer

p

+

n

+

ILD-6

LI

metal

Via

p

+

p

+

n

+

n

+

Przekrój inwertera CMOS (

Przekrój inwertera CMOS (0

0,,18

18 µ

µm)

m)

Metalizacja wielopoziomowa

Metalizacja wielopoziomowa

Maj

ą

Maj

ą

one

one charakter

charakter::

homogeniczny

homogeniczny

– przebiegaj

ą

przebiegaj

ą

w

w obj

ę

to

ś

ci

obj

ę

to

ś

ci

gazu

gazu

heterogeniczny

heterogeniczny

zachodz

ą

zachodz

ą

na

na

lub

lub

w

w

bezpo

ś

rednim

bezpo

ś

rednim

s

ą

siedztwie

s

ą

siedztwie

(zazwyczaj

(zazwyczaj

grzanego)

grzanego) podło

ż

a

podło

ż

a..

CVD

CVD -- Chemical Vapor Deposition

Chemical Vapor Deposition

Technika CVD

Technika CVD –

– chemiczne osadzanie

chemiczne osadzanie

z fazy gazowej

z fazy gazowej

Proces

Proces syntezy

syntezy materiału

materiału w

w wyniku

wyniku reakcji/procesów

reakcji/procesów chemicznych

chemicznych

zachodz

ą

cych

zachodz

ą

cych

pomi

ę

dzy

pomi

ę

dzy

lotnymi

lotnymi

prekursorami

prekursorami..

Reakcje

Reakcje

te,

te,

to

to

dysocjacja

dysocjacja

i/lub

i/lub

reakcje

reakcje

chemiczne

chemiczne

aktywowane

aktywowane

termicznie,

termicznie,

promieniowaniem

promieniowaniem elektromagnetycznym,

elektromagnetycznym, b

ą

d

ź

b

ą

d

ź

w

w

ś

rodowisku

ś

rodowisku plazmy

plazmy..

background image

2010-12-07

6

Capacitive-coupled

RF input

Susceptor

Heat lamps

Wafer

Gas inlet

Exhaust

Chemical vapor deposition

Process chamber

CVD cluster tool

Technika CVD

Technika CVD



SiH

4

(gas) + O

2

(gas)



SiO

2

(solid)

+ 2H

2

(gas)



SiH

4

(gas) + H

2

(gas) +SiH

2

(gas

)



2H

2

(gas) +

PolySilicon (solid)

Continuous gas flow

Deposited film

Silicon substrate

Boundary layer

Diffusion of reactants

Osadzanie plazmowe

Osadzanie plazmowe

Proces

Proces syntezy

syntezy materiału

materiału bez

bez udziału

udziału reakcji

reakcji chemicznych,

chemicznych,

w

w wyniku

wyniku kondensacji

kondensacji tworz

ą

cych

tworz

ą

cych go

go atomów

atomów z

z fazy

fazy lotnej

lotnej..

S

ą

S

ą

one

one uwalniane

uwalniane ze

ze

ź

ródła/

ź

ródeł

ź

ródła/

ź

ródeł termicznie

termicznie (grzanie,

(grzanie,

ablacja

ablacja wi

ą

zk

ą

wi

ą

zk

ą

laserow

ą

)

laserow

ą

) b

ą

d

ź

b

ą

d

ź

wskutek

wskutek bombardowania

bombardowania

wysokoenergetycznymi

wysokoenergetycznymi

cz

ą

stkami,

cz

ą

stkami,

a

a

nast

ę

pnie

nast

ę

pnie

transportowane

transportowane poprzez

poprzez obszar

obszar o

o obni

ż

onym

obni

ż

onym ci

ś

nieniu

ci

ś

nieniu do

do

podło

ż

a,

podło

ż

a, na

na którym

którym ulegaj

ą

ulegaj

ą

adsorpcji

adsorpcji..

PVD

PVD -- Physical Vapor Deposition

Physical Vapor Deposition

Technika PVD

Technika PVD –

– fizycznie osadzanie

fizycznie osadzanie

z fazy gazowej

z fazy gazowej

PVD

PVD

CVD

CVD

Bird's baek

Bird's baek

LOCOS

LOCOS

– Local Oxidation of Silicon

Local Oxidation of Silicon

Utlenianie krzemu

Utlenianie krzemu

Advanced Micro Devices

Stanowiska procesu fotolitografii

Stanowiska procesu fotolitografii

Metody odwzorowania kształtów

Metody odwzorowania kształtów

Metody odwzorowania kształtów

Metody odwzorowania kształtów

Wzór przenoszony na płytk

ę

Wzór przenoszony na płytk

ę

za po

ś

rednictwem emulsji

za po

ś

rednictwem emulsji

Wzór przenoszony na płytk

ę

Wzór przenoszony na płytk

ę

bez po

ś

rednictwa emulsji

bez po

ś

rednictwa emulsji

Metoda addytywna

Metoda addytywna

(litografia + odrywanie)

(litografia + odrywanie)

Metoda substraktywna

Metoda substraktywna

(litografia + trawienie)

(litografia + trawienie)

Bezpo

ś

rednie trawienie

Bezpo

ś

rednie trawienie

skanuj

ą

c

ą

wi

ą

zk

ą

jonow

ą

skanuj

ą

c

ą

wi

ą

zk

ą

jonow

ą

background image

2010-12-07

7

Proces fotolitografii

Proces fotolitografii

wyspa

okno

Wystawiony na działanie ultrafioletu fotorezyst (emulsja

ś

wiatłoczuła

Wystawiony na działanie ultrafioletu fotorezyst (emulsja

ś

wiatłoczuła

negatywowa) polimeryzuje i staje si

ę

odporny na działanie chemikaliów.

negatywowa) polimeryzuje i staje si

ę

odporny na działanie chemikaliów.

Przeniesiony z maski wzór na

Przeniesiony z maski wzór na

powierzchni półprzewodnika po

powierzchni półprzewodnika po

wytrawieniu fotorezystu

wytrawieniu fotorezystu

Podło

ż

e krzemowe

Podło

ż

e krzemowe

Cie

ń

na

fotorezy

ś

cie

fotorezyst

fotorezyst

Na

ś

wietlona

powierzchnia

fotorezystu

Pokryta chromem
maska szklana

Ultrafiolet

tlenek

tlenek

fotorezyst

fotorezyst

tlenek

tlenek

Litografia negatywowa

Litografia negatywowa

Exposed area
of photoresist

Podło

ż

e krzemowe

Podło

ż

e krzemowe

tlenek

tlenek

tlenek

tlenek

wyspa

okno

Cie

ń

na

fotorezy

ś

cie

fotorezyst

fotorezyst

Na

ś

wietlona

powierzchnia

fotorezystu

Pokryta chromem
maska szklana

Ultrafiolet

fotorezyst

fotorezyst

tlenek

tlenek

Promieniowanie ultrafioletowe na

ś

wietla fotorezyst (emulsj

ę

ś

wiatłoczuł

ą

) poprzez

Promieniowanie ultrafioletowe na

ś

wietla fotorezyst (emulsj

ę

ś

wiatłoczuł

ą

) poprzez

okna w szklanej masce pokrytej chromem. Na

ś

wietlony fotorezyst (emulsja

okna w szklanej masce pokrytej chromem. Na

ś

wietlony fotorezyst (emulsja

pozytywowa) jest łatwo usuwany podczas obróbki chemicznej.

pozytywowa) jest łatwo usuwany podczas obróbki chemicznej.

Litografia pozytywowa

Litografia pozytywowa

Przeniesiony z maski wzór na

Przeniesiony z maski wzór na

powierzchni półprzewodnika po

powierzchni półprzewodnika po

wytrawieniu fotorezystu

wytrawieniu fotorezystu

Nakładanie fotorezystu

Nakładanie fotorezystu

Naświetlanie

Naświetlanie

formowanie się porów,

formowanie się porów,
wtrąceń (tzw.„pinholes”),

wtrąceń (tzw.„pinholes”),

przewężenia ścieżek,

przewężenia ścieżek,

zwarcia.

zwarcia.

Problemy przy procesie fotolitografii

Problemy przy procesie fotolitografii

background image

2010-12-07

8

Wierna reprodukcja wzoru maski

Wierna reprodukcja wzoru maski

anizotropowe

anizotropowe

izotropowe

izotropowe

Trawienie

Trawienie

Trawienie

Trawienie

Trawienie a orientacja krystalograficzna

Trawienie a orientacja krystalograficzna





Selektywno

ść

Selektywno

ść

wzgl

ę

dem

wzgl

ę

dem materiału

materiału maski,

maski,





Selektywno

ść

Selektywno

ść

wzgl

ę

dem

wzgl

ę

dem materiału

materiału znajduj

ą

cego

znajduj

ą

cego si

ę

si

ę

pod

pod materiałem

materiałem trawionym,

trawionym,





Odpowiednie

Odpowiednie tempo

tempo procesu,

procesu,





Jednorodno

ść

Jednorodno

ść

(zarówno

(zarówno

na

na

całej

całej

trawionej

trawionej

powierzchni,

powierzchni,

jak

jak

ii

powtarzalno

ść

powtarzalno

ść

przy

przy

trawieniu

trawieniu

kolejnych

kolejnych podło

ż

y),

podło

ż

y),

Trawienie

Trawienie –

– pożądane cechy procesu

pożądane cechy procesu





bezpiecze

ń

stwo,

bezpiecze

ń

stwo,





redukcja

redukcja uszkodze

ń

uszkodze

ń

podło

ż

y

podło

ż

y do

do minimum,

minimum,





łatwo

ść

łatwo

ść

usuwania

usuwania

maskuj

ą

cego

maskuj

ą

cego

materiału

materiału

po

po

zako

ń

czeniu

zako

ń

czeniu trawienia,

trawienia,





czysto

ść

czysto

ść

(czyli

(czyli minimalizacja

minimalizacja ilo

ś

ci

ilo

ś

ci wprowadzanych

wprowadzanych

zanieczyszcze

ń

),

zanieczyszcze

ń

),





mo

ż

liwo

ść

mo

ż

liwo

ść

automatyzacji

automatyzacji..

Trawienie

Trawienie –

– pożądane cechy procesu

pożądane cechy procesu

Trawienie

Trawienie

background image

2010-12-07

9





(rozpylanie)

(rozpylanie) fizyczne

fizyczne czyli

czyli „sputtering”

„sputtering”

(w

(w plazmie,

plazmie, ale

ale tak

ż

e

tak

ż

e wi

ą

zk

ą

wi

ą

zk

ą

jonów)

jonów)





reaktywne

reaktywne trawienie

trawienie jonowe,

jonowe,

czyli

czyli „reactive

„reactive ion

ion etching”

etching” (RIE)

(RIE)

((precyzyjniej

precyzyjniej:: trawienie

trawienie wspomagane

wspomagane jonami)

jonami)





(chemiczne)

(chemiczne) trawienie

trawienie plazmowe

plazmowe

Energia

Ci

ś

nienie

< 0,1 Pa

0,1…10 Pa

> 10 Pa

Trawienie suche

Trawienie suche





proces

proces fizyczny

fizyczny (przekazywanie

(przekazywanie p

ę

du

p

ę

du jonów),

jonów),





silna

silna kierunkowo

ść

kierunkowo

ść

(anizotropia)

(anizotropia) procesu,

procesu,





niska

niska selektywno

ść

selektywno

ść

(stosunek

(stosunek warto

ś

ci

warto

ś

ci współczynników

współczynników

rozpylania

rozpylania dla

dla wi

ę

kszo

ś

ci

wi

ę

kszo

ś

ci materiałów

materiałów max

max ~

~ 3

3),

),





defekty

defekty radiacyjne

radiacyjne..

Rozpylanie

Rozpylanie





kombinacja

kombinacja procesu

procesu fizycznego

fizycznego (przekazywanie

(przekazywanie p

ę

du

p

ę

du

jonów)

jonów) ii chemicznego,

chemicznego,





kierunkowo

ść

,

kierunkowo

ść

,





wi

ę

ksza

wi

ę

ksza selektywno

ść

selektywno

ść

ni

ż

ni

ż

rozpylania

rozpylania..

Reaktywne trawienie jonowe (RIE)

Reaktywne trawienie jonowe (RIE)





proces chemiczny,

proces chemiczny,





proces izotropowy (brak kierunkowo

ś

ci),

proces izotropowy (brak kierunkowo

ś

ci),





najlepsza selektywno

ść

,

najlepsza selektywno

ść

,





najni

ż

szy poziom defektów radiacyjnych.

najni

ż

szy poziom defektów radiacyjnych.

Trawienie plazmowe

Trawienie plazmowe

e

-

e

-

R

+

λ

Glow discharge
(plasma)

Gas distribution baffle

High-frequency energy

Flow of byproducts and process gases

Anode electrode

Electromagnetic field

(confines plasma)

Free electron

Ion sheath

Chamber wall

Positive ion

Etchant gas (e.g.HF) entering gas inlet

RF coax cable

Photon

Wafer

Cathode electrode

Radical chemical

Vacuum line

Exhaust to vacuum pump

Vacuum gauge

e

-

Trawienie plazmowe

Trawienie plazmowe

LI metal

LI oxide

Polerowanie

Polerowanie

background image

2010-12-07

10

Advanced Micro Devices

Stanowiska procesu polerowania

Stanowiska procesu polerowania

Procesy modyfikujące właściwości warstw

Procesy modyfikujące właściwości warstw

Zmiana typu przewodnictwa i rozkładu

Zmiana typu przewodnictwa i rozkładu

domieszek za pomoc

ą

procesów:

domieszek za pomoc

ą

procesów:

•• dyfuzjii

dyfuzjii

•• implantacji

implantacji

Poly Si

n

+

P-type Silicon

n

+

SiO

2

P

+

Implantacja jonów

Implantacja jonów

Ion source

Analyzing magnet

Acceleration column

Beamline tube

Ion beam

Plasma

Graphite

Process chamber

Scanning disk

Mass resolving slit

Heavy ions

Gas cabinet

Filament

Extraction assembly

Lighter ions

Ground Potential

+20 to +250 kV

Insulator

Insulator

+70 to

+300 kV

Implantacja jonów

Implantacja jonów

Implantacja jonów

Implantacja jonów

Implantacja jonów

Implantacja jonów

background image

2010-12-07

11

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

background image

2010-12-07

12

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

Implantacja jonów

Implantacja jonów –

– wygrzewanie (~1000

wygrzewanie (~1000°°C)

C)

podło

ż

e Si

SiO

2

osadzany silnie domieszkowany tlenek krzemu

Dyfuzja

Dyfuzja

podło

ż

e Si

SiO

2

Dyfuzja

Dyfuzja

podło

ż

e Si

SiO

2

domieszkowane zł

ą

cze

Dyfuzja

Dyfuzja

SiO

2

Dyfuzja

Dyfuzja

podło

ż

e Si

domieszkowane zł

ą

cze

background image

2010-12-07

13

PR

SiO

2

Si

Si

Implantacja jonów

Implantacja jonów

Dyfuzja

Dyfuzja

obszary domieszkowane

obszary domieszkowane

ę

boko

ść

ą

cza

ę

boko

ść

ą

cza

Dyfuzja a implantacja

Dyfuzja a implantacja

Advanced Micro Devices

Diagnostyka

Diagnostyka

Uszkodzony IC

Uszkodzony IC

Uzysk

Uzysk

okre

ś

la

okre

ś

la (w

(w procentach)

procentach) jaka

jaka cz

ęść

cz

ęść

wytworzonych

wytworzonych

układów

układów

scalonych

scalonych

spełnia

spełnia zało

ż

one

zało

ż

one wymagania

wymagania techniczne

techniczne..

Uzysk

Uzysk

Wycinanie struktur

Wycinanie struktur

Pakowanie

Pakowanie

drut metalowy

drut metalowy

Formowanie kulki metalowej

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Utworzenie kontaktu

Wycofanie głowicy

Zacisk

Zacisk

Połączenia drutowe

Połączenia drutowe

background image

2010-12-07

14

Metalizacja

Metalizacja

obudowy

obudowy

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja IC

Metalizacja

Metalizacja

obudowy

obudowy

Połączenia drutowe

Połączenia drutowe

Miejsca metalizacji do bondowania (ł

ą

czenia)

Miejsca metalizacji do bondowania (ł

ą

czenia)

Obudowa

Obudowa

Układ

Układ
scalony

scalony

Połączenia metodą Flip

Połączenia metodą Flip--Chip

Chip

układ scalony

kulki metalowe

obudowa

Połączenia metodą Flip

Połączenia metodą Flip--Chip

Chip

układ scalony

kulki metalowe

obudowa

Połączenia metodą Flip

Połączenia metodą Flip--Chip

Chip

układ scalony

kulki indowe

obudowa

Połączenia metodą Flip

Połączenia metodą Flip--Chip

Chip

układ scalony

obudowa

Połączenia metodą Flip

Połączenia metodą Flip--Chip

Chip

background image

2010-12-07

15

Gotowy produkt

Gotowy produkt

Ostateczne testy elektryczne

Ostateczne testy elektryczne

Aby utrzyma

ć

tempo rozwoju, technologia krzemowa

Aby utrzyma

ć

tempo rozwoju, technologia krzemowa

„uruchomiła” (uruchamia) swoje rezerwy.

„uruchomiła” (uruchamia) swoje rezerwy.

S

ą

nimi:

S

ą

nimi:

technologia SOI

technologia SOI

oraz

oraz

krzemogerman (SiGe).

krzemogerman (SiGe).

Mog

ą

one ze sob

ą

współpracowa

ć

.

Mog

ą

one ze sob

ą

współpracowa

ć

.

Technologia krzemowa

Technologia krzemowa

Technologia Silicon

Technologia Silicon--On

On--Insulator

Insulator

Technologia Silicon

Technologia Silicon--On

On--Insulator

Insulator

P-type, ‘Bulk’’ Substrate

+ V

D

V

G

n+

+ V

S

n+

n well

+ V

D

V

G

p+

+ V

S

p+

p Substrate

+ V

D

V

G

+ V

S

+ V

D

V

G

+ V

S

n+

n+

n+

p

p

p

SiO

2

Insulator – ‘Buried Oxide’

Technologia Silicon

Technologia Silicon--On

On--Insulator

Insulator

background image

2010-12-07

16

ź

ródło

dren

b

ra

m

k

a

p

o

li-

Si

SiO

2

boczny

dystansownik

tlenek

bramkowy

krzemek

podło

ż

e SiGe

napr

ęż

ony Si

Tranzystor MOS SOI

Tranzystor MOS SOI

z kanałem naprężonego krzemu

z kanałem naprężonego krzemu

Technologia BiCMOS

Technologia BiCMOS

?

?

Technologia SiC i C

Technologia SiC i C

Wprowadzenie

Wzrost

Dojrzało

ść

Nasycenie

Zmierzch

Zapomnienie

ANALOGOWA

BIPOLARNA

CMOS

BiCMOS

GaAs

SiGe

SOI

Diament SiC

GaN

S/LS TTL

ECL

HMOS

NMOS

TTL

PMOS

Cykl życiowy technologii

Cykl życiowy technologii

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS

Process starts with a moderately doped (10

15

cm

-3

) p-type substrate (wafer)

An initial oxide layer is grown on the entire surface (barrier oxide)

SiO

2

Si (p)

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

background image

2010-12-07

17

1. n-Well mask - defines the n-Well regions

Pattern the oxide

Implant n-type impurity atoms (phosphorus) - 10

16

cm

-3

Drive-in the impurities (vertical but also lateral redistribution - limits the density )

n-well

SiO

2

Si (p)

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

n-well

SiO

2

Si (p)

p

+

Gate oxide

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

2. Active area mask - define the regions in which MOS devices will be created

LOCOS process to isolate NMOS and PMOS transistors

lateral penetration of bird’s beak region ~ oxide thickness

channel stop p

+

implants (boron)

Grow gate oxide (dry oxidation) - only in the open area of active region

n-well

SiO

2

Si (p)

p

+

Polysilicon gate

3. Polysilicon mask - define the gates of the MOS transistors

Polysilicon is deposited over the entire wafer (CVD process) and doped (typically n-type)

Pattern the polysilicon in the dry (plasma) etching process

Etch the gate oxide

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

n

+

n

+

n

+

n-well

SiO

2

D

S

Si (p)

p

+

n-well ohmic contact

4. n-Select mask - define the n

+

source/drain regions of NMOS transistors

Define an ohmic contact to the n-well

Implant n-type impurity atoms (arsenic)

Polisilicon layer protects transistor channel regions from the arsenic dopant

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

5. Complement of the n-select mask - define the p

+

source/drain regions of PMOS transistors

Define the ohmic contacts to the substrate

Implant p-type impurity atoms (boron)

Polisilicon layer protects transistor channel regions from the boron dopant

n

+

n

+

n

+

p

+

p

+

n-well

SiO

2

D

D

S

S

p

+

Si (p)

p

+

substrate ohmic contact

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

5. Complement of the n-select mask - define the p

+

source/drain regions of PMOS transistors

Define the ohmic contacts to the substrate

Implant p-type impurity atoms (boron)

Polisilicon layer protects transistor channel regions from the boron dopant

n

+

n

+

n

+

p

+

p

+

n-well

SiO

2

D

D

S

S

p

+

Si (p)

p

+

substrate ohmic contact

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

background image

2010-12-07

18

6. Contact mask - define the contact cuts in the insulating layer

Contacts to polysilicon must be made outside the gate region (avoid metal spikes through the poly and

the thin gate oxide)

n

+

n

+

n

+

p

+

p

+

SiO

2

n-well

SiO

2

D

D

S

S

p

+

Si (p)

p

+

Contact window

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

n

+

n

+

n

+

p

+

p

+

SiO

2

n-well

SiO

2

Metal

D

D

S

S

p

+

Si (p)

p

+

The final step: the entire surface is passivated (overglass layer)

Protect the surface from contaminants and scratches

Than opening are etched to the bond pads to allow for wire bonding

7. Metallization mask - define the interconnection pattern

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

Poly

n

+

n

+

n

+

p

+

p

+

SiO

2

n-well

SiO

2

Metal

D

Gate oxide

N-channel transistor

P-channel transistor

D

S

S

p

+

Si (p)

p

+

In

GND

V

DD

Out

Inwerter CMOS

Inwerter CMOS -- technologia

technologia

GND

V

DD

Out

In

16

16 m

mas

asek

ek

103

103 operacje

operacje

Typowy czas obróbki

Typowy czas obróbki: 4 m

: 4 miesi

ą

ce

iesi

ą

ce

Podsumowanie technologii CMOS

Podsumowanie technologii CMOS

S

ą

trzy drogi do ruiny:

S

ą

trzy drogi do ruiny:

kobiety,

kobiety,

hazard

hazard

technologia.

technologia.

Kobiety to droga najprzyjemniejsza,

Kobiety to droga najprzyjemniejsza,

hazard

hazard -- najszybsza

najszybsza

technologia

technologia -- najpewniejsza.

najpewniejsza.

Georges Pompidou

Georges Pompidou

premier Francji w latach 1962

premier Francji w latach 1962--1968

1968


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Rozwój optycznych technologii krzemowych
Ćw 3 Wpływ technologii produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych na ich własności eksploatacyjn
Lab3 Wpływ technologii produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych na ich własności eksploatacyjne
PORÓWNYWANIE TECHNOLOGII
19 Mikroinżynieria przestrzenna procesy technologiczne,
PO wyk07 v1
Technologia informacji i komunikacji w nowoczesnej szkole
Technologia spawania stali wysokostopowych 97 2003
SII 17 Technologie mobilne
W WO 2013 technologia
TECHNOLOGIA PŁYNNYCH POSTACI LEKU Zawiesiny
technologia prefabrykowana
Technology & Iventions
Technologia Maszyn CAD CAM
1 Infrastruktura, technika i technologia procesów logistyczid 8534 ppt

więcej podobnych podstron