Technologie elektroniki



Podobne dokumenty
Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

TECHNOLOGIA WYKONANIA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWOD- NIKOWYCH WYK. 16 SMK Na pdstw.: W. Marciniak, WNT 1987: Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone,

Struktura CMOS PMOS NMOS. metal I. metal II. warstwy izolacyjne (CVD) kontakt PWELL NWELL. tlenek polowy (utlenianie podłoża) podłoże P

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Technologia planarna

TECHNOLOGIE OTRZYMYWANIA MONOKRYSZTAŁÓW

Struktura CMOS Click to edit Master title style

III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Przyrządy Półprzewodnikowe

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Różne techniki hodowli kryształów wykorzystywanych w elektronice. Paweł Porada Informatyka stosowana semestr 7

Wytwarzanie płyt krzemowych. Wytwarzanie monokryształu krzemu Ci cie Polerowanie mechaniczne i chemiczne Ko cowe czyszczenie, kontrola i pakowanie

Domieszkowanie półprzewodników

TECHNOLOGIE OTRZYMYWANIA MONOKRYSZTAŁÓW

1. Wytwarzanie czystych oraz jednorodnie domieszkowanych materiałów pp.

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC

Technologie mikro- nano-

Podstawy technologii monokryształów

TECHNOLOGIE OTRZYMYWANIA MONOKRYSZTAŁÓW WIADOMOŚCI OGÓLNE

LTCC. Low Temperature Cofired Ceramics

Projektowanie systemów PV. Produkcja modułu fotowoltaicznego (PV)

Co to jest cienka warstwa?

Produkcja modułu fotowoltaicznego (PV)

Technologia w elektronice

PVD-COATING PRÓŻNIOWE NAPYLANIE ALUMINIUM NA DETALE Z TWORZYWA SZTUCZNEGO (METALIZACJA PRÓŻNIOWA)

Procesy technologiczne w elektronice

Cienkie warstwy. Podstawy fizyczne Wytwarzanie Właściwości Zastosowania. Co to jest cienka warstwa?

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Przyrządy i uklady półprzewodnikowe 2061W

Fizyka i technologia wzrostu kryształów

Klasyfikacja filtrów powietrza

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

MIKROSYSTEMY. Ćwiczenie nr 2a Utlenianie

Fizyka i technologia wzrostu kryształów

MATERIAŁY SUPERTWARDE

WYKŁAD 2 Dr hab. inż. Karol Malecha, prof. Uczelni

Powłoki cienkowarstwowe

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Teoria pasmowa ciał stałych

Szkło kuloodporne: składa się z wielu warstw różnych materiałów, połączonych ze sobą w wysokiej temperaturze. Wzmacnianie szkła

Marek Lipiński WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WARSTW I OBSZARÓW PRZYPOWIERZCHNIOWYCH NA PARAMETRY UŻYTKOWE KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

Układy scalone. wstęp układy hybrydowe

Rozszczepienie poziomów atomowych

Badania wybranych nanostruktur SnO 2 w aspekcie zastosowań sensorowych

Przyrządy półprzewodnikowe

Materiały używane w elektronice

zasięg koherencji dla warstw nadprzewodzących długość fali de Broglie a w przypadku warstw dielektrycznych.

INSTYTUT TELE- I RADIOTECHNICZNY

ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW CZĘŚĆ II - WADY POWŁOKI

RoHS Laminaty Obwód drukowany PCB

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

WZROST KRYSZTAŁÓW OBJĘTOŚCIOWYCH Z FAZY ROZTOPIONEJ (ROZTOPU)

PRZYKŁADY INSTALACJI DO SPALANIA ODPADÓW NIEBEZPIECZNYCH

Skalowanie układów scalonych

WYKŁAD 4 Dr hab. inż. Karol Malecha, prof. Uczelni

Wprowadzenie Elementy elektroniczne w obudowach SO, CC i QFP Elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP

METODYKA PROJEKTOWANIA I TECHNIKA REALIZACJI. Wykład piąty Materiały elektroniczne płyty z obwodami drukowanymi PCB (Printed Circuit Board)

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Struktura CMOS PMOS NMOS. metal I. metal II. przelotka (VIA) warstwy izolacyjne (CVD) kontakt PWELL NWELL. tlenek polowy (utlenianie podłoża)

Technologia elementów optycznych

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu

Grafen materiał XXI wieku!?

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

PL B1. W.C. Heraeus GmbH,Hanau,DE ,DE, Martin Weigert,Hanau,DE Josef Heindel,Hainburg,DE Uwe Konietzka,Gieselbach,DE

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

WYKŁAD 6 Dr hab. inż. Karol Malecha, prof. Uczelni

Skalowanie układów scalonych Click to edit Master title style

Przyrządy półprzewodnikowe część 5 FET

Wymagania wg PN-EN

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

Technologia sprzętu optoelektronicznego. dr inż. Michał Józwik pokój 507a

Pytania z przedmiotu Inżynieria materiałowa

Wprowadzenie do techniki Cyfrowej i Mikroelektroniki

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

FIDI DESTYLACJA ROZPUSZCZALNIKÓW

Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. USF_3 Technologia_A M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-1

WZROST KRYSZTAŁÓW OBJĘTOŚCIOWYCH Z FAZY ROZTOPIONEJ (ROZTOPU)

Niebezpieczne substancje. Maj 2015 r.

PODSTAWY FIZYKI PÓŁPRZEWODNIKÓW

1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne

KOMPETENCJI W PRECYZJI I JAKOSC ŁUSZCZENIOWE DO BLACHY WIERTŁA

NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli. miedziowo-lantanowym, w którym niektóre atomy lantanu były

IV. TRANZYSTOR POLOWY

Złożone struktury diod Schottky ego mocy

ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA

Absorpcja związana z defektami kryształu

Ogniwa fotowoltaiczne - najnowsze rozwiązania Trendy rozwojowe współczesnych ogniw fotowoltaicznych

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Montaż w elektronice_cz.03_elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP.ppt. Plan wykładu

Otrzymywanie i badanie własności elektrycznych monokrysztalicznych ciał stałych wprowadzenie

Pytania z Wysokosprawnej chromatografii cieczowej

Procesy technologiczne w elektronice

Transkrypt:

Technologie elektroniki

Czynniki wpływające na procesy technologiczne Zanieczyszczenie powietrza drobinami Skład powietrza Ciśnienie Temperatura i wilgotność Poziom hałasu i wibracji Pole elektromagnetyczne Pole elektrostatyczne Clean-room: pełna kontrola warunków wytwarzania struktur 2

Rodzaje zanieczyszczeń - pojedyncze molekuły - zanieczyszczenia powierzchniowe - zanieczyszczenia pyłowe 3

Źródła zanieczyszczeń molekularnych - gazowanie (np. podczas stygnięcia) - pary oleju (np. z pomp dyfuzyjnych) - alkohol - farby, kleje, żywice - substancje aromatyczne (obecność wyczuwalnego zapachu jest równoznaczna z obecnością cząstek zanieczyszczających) 4

Źródła zanieczyszczeń powierzchniowych - odciski palców - pot - kremy do rąk, twarzy - puder - środki czyszczące - oleje i smary - wosk 5

Źródła zanieczyszczeń pyłowych - ludzie (skóra, włosy, oddech, włókna z odzieży) - materiały generujące pył (tekturowe pudełka, papier) - obróbka mechaniczna materiałów (wiercenie, cięcie, polerowanie) - przedmioty z niezabezpieczonego drewna 6

Rozmiary zanieczyszczeń Większość zanieczyszczeń jest zbyt mała, aby można je zaobserwować okiem nieuzbrojonym. najmniejsza cząstka widoczna okiem nieuzbrojonym (50µm) krytyczne zanieczyszczenie w clean-roomie (0,5µm) włos ludzki (100µm) 7

Definicja klasy czystości clean-roomu Clean-room klasy (n) jest zdefiniowany jako pomieszczenie, w którym powietrze zawiera nie więcej niż (n) cząstek zanieczyszczeń o rozmiarze równym lub większym od 0,5µm w jednej stopie sześciennej gdzie n = 10 000, 1000, 100, itd. Standardy stosowane na świecie: USA: FED STD 209E (1992) Japonia: B9920 (1989) Australia: AS1386 (1989) Francja: X44101 (1981) Wlk. Brytania: BS5295 (1989) Niemcy: VDI2083 (1990) Rosja: Gost R50766 (1995) zastąpione normą międzynarodową ISO 14644-1 (1997) 8

Normy ISO Klasa Liczba drobin w 1 m 3 powietrza 0.1 um 0.2 um 0.3 um 0.5 um 1 um 5 um ISO 1 10 2 ISO 2 10 2 24 10 4 ISO 3 10 3 2.37*10 2 1.02*10 2 35 8 ISO 4 10 4 2.37*10 3 1.02*10 3 3.52 *10 2 83 ISO 5 10 5 2.37*10 4 1.02*10 4 3.52 *10 3 8.32 *10 2 29 ISO 6 10 6 2.37*10 5 1.02*10 5 3.52 *10 4 8.32 *10 3 2.93 *10 2 ISO 7 3.52 *10 5 8.32 *10 4 2.93 *10 3 ISO 8 3.52 *10 6 8.32 *10 5 2.93 *10 4 ISO 9 3.52 *10 7 8.32 *10 6 2.93 *10 5 9

Koncepcja pomieszczenia typu cleanroom ciągła, wielostopniowa filtracja wtłaczanego powietrza począwszy od filtrów wstępnych po filtry HEPA (High Efficiency Air Filters) bądź ULPA (Ultre Low Penetration Air) stałe nadciśnienie wewnątrz pomieszczeń (ok. 30Pa) brak możliwości przedostawania się zanieczyszczeń z zewnątrz śluza wejściowa w celu utrzymania stałego składu atmosfery dodawane jest od 2 do 10% świeżego powietrza 10

Materiały półprzewodnikowe Ograniczenia temperatury pracy półprzewodników wynikające z koncentracji samoistnej nośników n i Półprzewodnik Si Si (SOI) GaAs 6H-SiC GaN Diament Maksymalna temperatura pracy ~ 200 C ~ 400 C ~ 400 C ~ 800 C ~ 1000 C > 1000 C 11

Otrzymywanie podłoży monokrystalicznych Roczna światowa produkcja monokryształów w roku 2007 to około 25 000 ton (Si, Ge, GaAs, InP, GaP, CdTe, ). Ponad połowa tej produkcji zużywana jest przez przemysł półprzewodnikowy. Metody otrzymywania kryształów: - z fazy stałej - w wyniku przemiany fazowej w stanie stałym ( np. w przemianach metamorficznych w procesach geologicznych) - z fazy ciekłej - przez bezpośrednią krystalizację cieczy, odparowanie, przez wyciąganie monokryształu ze stopionego materiału (np. produkcja kryształów Si, Ge, GaAs metodą Czochralskiego) - z fazy pary - przez sublimację, metodą gazowego transportu chemicznego (np. produkcja monokryształów SiC) 12

Krzem podstawowy materiał mikroelektroniki Zasoby: Krzem stanowi 27% skorupy ziemskiej tlenek krzemu (kwarc, krzemionka) kwasy krzemowe (krzemiany) związki z wodorem (silany) związki z metalami (krzemki) SiC (karborund) Potrzeby: monokryształy w postaci płytek o najwyższym stopniu czystości i doskonałości strukturalnej 13

Struktura materiału półprzewodnikowego musi mieć budowę monokrystaliczną, z jak najmniejszą liczbą defektów i kontrolowaną koncentracją domieszek (10 19...10 26 m -3 )

Metoda Czochralskiego (CZ) - podstawowa metoda wytwarzania dużych monokryształów Si na potrzeby mikroelektroniki - orientacja krystaliczna - wyznaczona przez orientację zarodka - średnica kryształu określona przez temperaturę,szybkość obrotu i wyciągania Cechy procesu: - temperatura: ok. 1400 C - osłona: Ar - domieszki: B, P, As, Sb - orientacja krystalograficzna zarodka http://www.sumcosi.com/english/laboratory/laboratory1.html 15

http://www.sumcosi.com/english/laboratory/laboratory1.html Metoda Czochralskiego (CZ) Etapy wytwarzania monokryształu 16

Metoda wytapiania strefowego (FZ Flat Zone) mocowanie Zastosowanie: oczyszczanie oraz wytwarzanie monokryształów krzemu o średnicy do 150mm Dzięki zjawisku segregacji można zebrać atomy zanieczyszczeń na jednym końcu monokryształu polikrzem lub monokryształ zanieczyszczony punkt topnienia grzałka RF płynny krzem punkt krystalizacji oczyszczony monokryształ stożek końcowy szyjka zarodek mocowanie zarodka http://reference.findtarget.com/search/crystalline%20silicon/ 17

Monokryształ krzemu Efekt końcowy: bezdefektowy monokryształ Si zawierający zanieczyszczenia na poziomie ppb lub nawet ppt ppb particle per billion (1 000 000 000) ppt particle per trillion (1 000 000 000 000) 18

Obróbka mechaniczna monokryształu - Odcięcie stożkowych zakończeń kryształu przy użyciu piły o ostrzu pokrytym warstwą diamentu (a) - Zeszlifowanie kryształu do postaci cylindrycznej o określonej średnicy (b) -Określenie orientacji sieci krystalicznej (np. za pomocą zjawiska dyfrakcji promieni rentgenowskich) - Wykonanie ścięć głównych i pomocniczych (c) 19

Oznaczenie kierunków krystalograficznych Ścięcia (flats): główne (primary) wskazuje kierunek krystalograficzny {110} pomocnicze (secondary) określa płaszczyznę krystalograficzną powierzchni oraz typ przewodnictwa (pomyłki są bardzo kosztowne!) dla płytek większych niż 200mm stosuje się nacięcia typu V (notches) 20

Podłoża krzemowe cięcie Wymagania: minimalna ilość odpadu minimalne uszkodzenia powierzchni płytek maksymalna szybkość produkcja dzienna jednej fabryki to 10 000 płytek! Urządzenia: -piła z ostrzem pierścieniowym pokrytym warstwą diamentową -piła z oscylującym drutem tnącym (stosowana zwłaszcza do monokryształów o dużych średnicach) 21

Podłoża krzemowe - szlifowanie Wymagania: usunięcie warstwy uszkodzonej podczas cięcia (kilkadziesiąt µm) zapewnienie nominalnej grubości płytek (400-600 µm) zapewnienie płasko-równoległości płytek 1 µm na powierzchni ok. 1000cm 2 dla płytek o średnicy 300mm! Metoda: szlifowanie planetarne zawiesiną wodną lub olejową Al 2 O 3 22

Podłoża krzemowe - polerowanie Wymagania: zapewnienie chropowatości powierzchni poniżej 0.01 µm (powierzchnia lustrzana). - 2-3 etapowe polerowanie chemiczno-mechaniczne (CMP) - chemiczne trawienie nierówności połączone ze ścieraniem mechanicznym - środek polerujący: SiO 2, woda destylowana, wodorotlenek sodu -w zależności od wymagań procesu technologicznego polerowanie może być przeprowadzane na jednej bądź obu powierzchniach płytki krzemowej 23

Podłoża krzemowe oczyszczanie powierzchni Celem jest usunięcie zanieczyszczeń powierzchniowych powstałych podczas wcześniejszych etapów cięcia, szlifowania, polerowania poprzez: - powierzchniowe trawienie krzemu i płukanie między kolejnymi etapami - mycie końcowe - procedura RCA Odczynniki: - woda dejonizowana (DI) -NH 3 -H 2 O 2 -NaOH -HF - HCl - rozpuszczalniki organiczne - detergenty 24

Dyfuzja Epitaksja Implantacja Metody wytwarzania warstw domieszkowanych Schemat układu do dyfuzji: a-piec; b,cdozowniki z domieszkami 1-piec; 2-płytki krzemowe 3-komora wyciągu, 4-dozownik; 5-rura kwarcowa

Epitaksja wytwarzanie warstwy półprzewodnika monokrystalicznego na podłożu monokrystalicznym z zachowaniem ciągłości krystalicznej z podłożem. Homoepitaksja (epitaksja) warstwa jest z tego samego materiału, co podłoże, np. krzem na krzemie Heteroepitaksja warstwa epitaksjalna jest inna niż podłoże (np. krzem na szafirze)

Do narastającej w czasie epitaksji warstwy można wprowadzać domieszki donorowe lub akceptorowe ZALETA uzyskujemy ostry profil domieszkowania (chociaż trzeba uwzględnić rozmycie wskutek autodyfuzji) WADA procesy wciąż badane, często trudnopowtarzalne, kosztowne, powolne

IMPLANTACJA wszczepianie jonów Patent Shockleya z 1954r. Schemat implantatora Przykładowy rozkład 1-źródło jonów; 2 układ koncentracji akceptorów przyśpieszania; 3 pole magn. (bor w dawce 10 19 m -2 i 4 układ odchylania; 5 komora 40keV

Schemat kolejnych faz procesu fotolitografii Produkcja struktury każdego przyrządu składa się z wielu procesów maskowania, wytwarzania okien w warstwie maskującej (fotolitografii), domieszkowania lokalnego, usuwania warstw maskujących...

Inne procesy technologiczne Wytwarzanie warstw pasywujących, dielektrycznych itd. Metalizacja (wytwarzanie ścieżek i kontaktów) Testowanie Cięcie Mocowanie struktur w obudowach Mikromontaż (połaczenie z wyprowadze-niami zewnętrznymi) Wykonanie obudowy

Technologie warstwowe cienkowarstwowe grubowarstwowe np. sitodruk 1 sito; 2 pasta; 3 rakla (urządzenie przeciskające); 4 podłoże; 5 nanoszona warstwa

Przykład standardowego (34 mm) modułu mocy, gdzie maksymalny prąd wyjściowy wynosi ok. 400A (firma SEMIKRON0 IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

Moduł IBM (mikro chip)

Wykonanie elementów biernych: Warstwy przewodzące dobra przewodność, przyczepność do podłoża, podatność na lutowanie i termokompresję złoto, aluminium, miedź, molibden... Rezystory cienkie napylane warstwy, lub nanoszone sitodrukiem pasty duża rezystancja powierzchniowa; korekcja odbywa się poprzez nacinanie laserem; rezystory dyfuzyjne zagłębione w strukturze krzemu Kondensatory złącze p-n lub struktura MOS; również cienkowarstwowe i grubowarstwowe poprzez naprzemienne nanoszenie warstw przewodzącej dielektryka - przewodzącej