Grundlagen integrierter Schaltungen

Transkript

1 Jan Albers Grundlagen integrierter Schaltungen Bauelemente und Mikrostmkturiemng 2., aktualisierte Auflage.. ; ; -''''V 1 '. 1 Mit 142 Bildern f Fachbuchverlag Leipzig J_, im Carl Hanser Verlag 4-

2 Inhaltsverzeichnis 1 Elektronische Schaltungen und Mikrosysteme Die Entwicklung integrierter Schaltungen Produktion von ICs Strukturgröße und Yield Mikrosysteme' 20 2 Integrierte elektronische Bauteile Die elektrische Leitfähigkeit Das Bohrsche Atommodell Das quantenmechanische Orbitalmodell Das Bändermodell für Festkörper Strom, Spannung und Widerstand Die elektrische Leitfähigkeit bei Leiter und Nichtleiter Eigenleitung bei Halbleitern Dotierte Halbleiter Die Diode Der pn-übergang Die Diodenkennlinie Aufbau einer Diode Der ohmsche Widerstand Der spezifische Widerstand DerPolywiderstand Der Aktivgebietswiderstand Der Kondensator Die Kapazität Der Aufbau eines MOS-Kondensators Der Bipolar-Transistor Funktion und Emitterschaltung Aufbau eines npn-transistors Der MOS-Transistor Aufbau und Funktion Kurzkanal-Effekte Parasitäre Feldtransistoren Der CMOS-Inverter DieCMOS-Technologie Derlnverter DerLatchup-Effekt Speicherbauteile RAM-Speieher ROM-Speicher 59 3s

3 Inhaltsverzeichnis 3 Reinrauintechnik Verunreinigungen Partikulare Verunreinigungen AMC-Verunreinigungen Elektrostatische Aufladungen Der Reinraum Aufbau des Reinraumes und Reinraumklassen Turbulente Durchmischung und Laminar Flow Der Mensch im Reinraum 67 4 Siliziumwafer Halbleitermaterialien Herstellung des Reinstsiliziums (Trichlorsilan-Prozess) Einkristallines Silizium Siliziumkristallstruktur und die Oberfläche Das Czochralski-Verfahren Das Zonenzieh-Verfahren Kristallfehler Endfertigung des Wafers 80 5 Herstellung dünner Schichten Thermische Oxidation Die Oxidation von Siliziumoberflächen Trockene und feuchte Oxidation Einflüsse auf die Oxidationsrate Eigenschaften und Einsatz der Oxidschichten Segregation Oxidationsöfen Chemische Gasphasendeposition (CVD) Grundlagen der Deposition Wachstumsgeschwindigkeit, Strukturzonenmodell und Konformität APCVD-Verfahren (Epitaxie) LPCVD-Verfahren PECVD-Verfahren Niederdruckplasma im Parallelplattenreaktor Physikalische Gasphasendeposition (PVD) Aufdampfen Sputtern Messung von Schichtdicken Spektralphotometrische Schichtdickenmessung Eilipsometer Fotolithographie Mikrostrukturtechniken Belichtungsverfahren 114

4 Inhalts Verzeichnis Kontakt- und Abstandsbelichtung Die Projektionsbelichtung Auflösungsvermögen der Projektionsbelichtung Die Lichtbeugung Das Rayleigh-Kriterium und die Schärfentiefe Die Masken Elektrpnenstrahllithographie Mastermasken und Reticles Phasenschiebe-Masken Der Fotolack Die chemische Reaktion bei der Belichtung und Entwicklung Mehrschichtlacktechnik Die Schleuderbeschichtung Entwicklung und Lackhärtung Ätzprozesse Waferreinigung Reinigungsprozesse Spülen und Trocknen der Wafer Reinigungsanlagen Nasschemisches Ätzen Ätzrate und Selektivität Isotropie und Ätzprofil Angewandte Nassätzprozesse Nasschemische Ätzanlagen Trockene Ätzprozesse Plasmaätzen Sputterätzen Reaktives Ionenätzen Messtechnik Endpunktdetektion Messung von Strukturbreiten Kontaktwinkelmessung Dotierung Das Legierungsverfahren Das Diffusionsverfahren Thermische Diffusion Technische Diffusionsverfahren Die Ionenimplantation Reichweite der Ionen (Channeling) Strahlenschäden und Aktivierung lonendosis Aufbau des Ionenimplanters Messung der Dotierung 171

5 10 Inhaltsverzeichnis 9 Prozessintegration LOCOS-Prozess Historische Entwicklung Prozessablauf Metallisierung Grenzfläche Silizium/Aluminium Mehrlagenverdrahtung und Kontaktlöcher Planarisierung Korrosion und Elektromigration Der Metallisierungsprozess SOI-Technologie Vorteile der SOI-Technik Herstellung der SOI-Wafer Der Trench-Prozess Parametertest Die Teststruktur und DUT-Board Die Probecard Der Waferprober Aufbau- und Verbindungstechnik Einhäusen integrierter Schaltungen Assembly und Backend Backgrinden und Sägen Die-Bonding Draht-Bonding Molding Das IC-Gehäuse Gehäusetypen Eigenschaften der Kunststoffgehäuse Montage ungehäuster Bauelemente Qualität integrierter Schaltungen Funktionsfähigkeit Ausfallmechanismen Der Funktionstest Handler Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit und Ausfallrate DerBurn-In-Prozess 227 Literaturverzeichnis 228 Sachwortverzeichnis 229