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Transkript

1 Literaturverzeichnis Hilleringmann, U.: Silizium-Halbleitertechnologie; Vieweg +Teubner 2008 Gerlach, G., Dötzel, W.: Einführung in die Mikrosystemtechnik; Hanser Verlag 2006 Albers, J.: Kontaminationen in der Mikrostrukturierung; Hanser Verlag 2005 Menz, W., Mohr, J.: Mikrosystemtechnik für Ingenieure; Wiley-VCH Verlag 2005 Wolf, S.: Microchip Manufacturing; Lattice Press; 2004 Giebel, T.: Grundlagen der CMOS-Technologie; Teubner Verlag 2001 Gail, L., Hortig, H.P.: Reinraumtechnik;SpringerVerlag 2001 Hoppe, B.: Mikroelektronik 1; Vogel Verlag 1997 Hoppe, B.: Mikroelektronik 2; Vogel Verlag 1998 Widmann, D., Mader, H., Friedrich, H.: Technologie hochintegrierter Schaltungen; Springer Verlag 1996 Grosspietsch, K.E., Vierhaus, H.Th.: Entwurf hochintegrierter Schaltungen; BI Wissenschaftsverlag 1994 Beck, F.: Integrierte Halbleiterschaltungen; VCH Verlag 1993 Schumicki, G., Seegebrecht, P.: Prozesstechnologie; Springer Verlag 1991 Schäfer, W., Terlecki, G.: Halbleiterprüfung; Hüthig Verlag 1986 Sze: VLSI Technology; McGraw-Hill 1983

2 Sachwortverzeichnis A Abbesche Sinusgleichung 122 Abstandsbelichtung 114 Adhäsionskraft 62 Adhäsionskräfte 135 Adsorption 94 Akkumulation 42 Aktivgebiete 173, 178 Aktivgebietswiderstand 40 Aktivierung 166, 168 Aktoren 20 Akzeptoren 32 Aluminium/Silizium-Legierung (AlSi) 186 AMC-Verunreinigungen 63 amorph 73 anisotropen nasschemischen Ätzen 143 Anisotropiefaktor 140 Anreicherungstyp 50 Anschlusspin 211 Anti-Punch-Through Implantation 52 Antireflexions-Schicht (ARC-Layer) 195 APCVD-Verfahren 97 Arbeitsmasken 115 arteigenes Oxid 69 ASIC 12 Assemble 208 Assembly 15 Atom 22 Ätzprofil 140 Ätzrate 139 AuAl 2 -Legierung 213 Aufdampfen 106 Auflösungsvermögen 119 Ausfallmechanismen 220 Ausfallrate 225 Austrittsarbeit 187 Autodoping-Effekt 98, 144 Avalanche-Durchbruch 36 Avalancheeffekt 53 B Backend 15, 208 Backgrinden 209 Badewannenkurve 226 Ballroom 66 Bambusstruktur 193 Bändermodell 26 Bandlücke 30, 69 Barrelreaktoren 98 Basis 45 Belackerstraße 131 Belichtungsenergie 128 Belichtungsverfahren 114 Belichtungszeit 128 Biassputtern 108 Bildfeld 118 Bin-Klassen 224 Bipolar-Transistor 43 Bohrsches Atommodell 22 Bond-Technik 200 Bondpad 185 Bor-Phosphor-Silikatglas (BPSG) 190 BPSG-Oxid 100 Bremsquerschnitt 164 Buffered Oxide Etch 142 Burn-In-Prozess 227 C CARL-Technik 129 CARO-Reinigung 135 CD-Messung 154 Channeling 163, 165 Charge 14 chemical vapor deposition 93 Chemisch-Mechanisches-Polieren (CMP) 191 Chemische Verunreinigungen 134 Chip 11 Chip-on-Bord-Techniken 218 Chipcarrier 216 Chipgehäuse 209 CMOS-Inverter 55 CMOS-Technologie 55, 173 critical dimensions 114, 154 Cross Contamination 66 CVD-Verfahren 93 CZ-Silizium 77 Czochralski-Verfahren 76 D Deal-Grove Model 87 decanneling 165 Delamination 217 Demansche-Prozess 186

3 230 Sachwortverzeichnis denuded zone 80 Depletion-Transistor 50 Depositionsverfahren 93 destruktive Interferenz 109 Device 204 Device UnderTest 204 Diamantstruktur 75 Diazonaphtochinone 127 Diboran 76 Die 211 Die-Bonding 211 Die-Pad 211 Dielektrizitätszahl 41 Diffusionsbarriere 160, 188 diffusionsbestimmter Prozess 95 Diffusionskonstanten 158 Diffusionslänge 158 Diffusionsspannung 34 Diffusionsstrom 33 Diffusionsverfahren 157 Dil-Gehäuse 215 Diode 33, 35 DipEtch 136 Donatoren 32 Doppel-Wannen-CMOS-Prozess 173 Dotieren 32 Dotierstoffverteilung 160 Dotierte Halbleiter 31 Downstram-Reaktoren 146 Draht-Bonding 212 Drain 43 Draingebiet 47 DRAM-Zelle 59 dry pack 218 Dunkelabtrag 129 Dunkelfeldverfahren 118 Durchbrucheffekte 51 Durchbruchspannung 36 durchtunneln 188 DUT-Board 203 Dynamische Fehler 220 E Edelgaskonfiguration 24 EEPROM-Zelle 60 Eigenleitung 30 Einhausen 208 Einkristall 74 Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory 60 Electronic Grade Silicon 73 elektrische Leiter 29 elektrische Leitfähigkeit 29 elektrochemische Korrosion 192 Elektromigration 74, 192, 193 elektromotorische Kraft 28 Elektronen 22 Elektronengas 27 Elektronenkonfiguration 24 Elektronenleitung 32 Elektronenstrahllithographie 124 Elektronenvolt 22 elektronische Bremskraft 163 elektronische Schaltung 11 Elektrostatische Aufladung 64 Elementhalbleiter 30 Ellipsometer 110 Emitter 43, 45 Emitterschaltung 44, 45 Endpunktdetektion 154 Energieband 26 Energieniveau 25 Energieniveauschema 26 Enhancement-Transistor 50 Entwicklung 132 EPA-Schutzzone 225 EPI-Wafer 57, 81, 173 Epitaxie 97 Erzeugnis-Pflichtenheft 221 ESD-Schäden 64 EUV-Lithographie 124 Extrinsische Punktdefekte 79 F Feldeffekt-Transistoren (FET) 43, 47 Feldoxid 177, 178 Feldtransistor 54 Fertigungsprozess 15 feuchte Oxidation 86 Finalpart 222 Finalparttest 222 Fit 226 Flächenkapazität 41 Flip-Chip-Technik 219 Flip-Flop 57 flüchtige Speicherzelle 59 Fotoebene 113 Fotolack 127 Fotolithographie 112 Frauenhofersche-Beugung 120 freie Radikale 144 Fresnelsche Beugungbilder 114

4 Sachwortverzeichnis 231 Frontend 15 Frühausfälle 226 Funktionsfähigkeit 220 Funktionsschichten 83 Funktionstest 221 FZ-Wafer 79 G Gallium-Arsenid 30, 69 Gasphasendiffusion 95 Gate 47 Gateelektrode 44 Gateoxid 47 geometrische Optik 114 Germanium 30, 69 Gesetz von Moore 12 Gettern 80 Glastemperatur 215 Grad der Anisotropie 140 Graubereich 64 Gravity-Handler, 223 Grenzschicht 33 Guard-Ring 57 H H 2 O 2 -Verbrennung 92 Haftkraft 62 Haftvermittler 131 Halbleiter 29, 31 Halbleiterindustrie 12, 14 Halbleitermaterialien 69 Handler 223 Hauptquantenzahl 25 Heißwandreaktoren 102 Hellfeldverfahren 118 Heteroepitaxie 97 Hexamethyldisilazan 131 Hillock 193 HMDS 131 Homoepitaxie 97 Horizontalofen 91 Hot-Alu-Prozess 189 Hot-Electron-Effekt 53 Huygenssches Prinzip 120 Hybridtechnik 218 I IC 12 iideale Diodengleichung 35 Illuminator 117 Impedanz 41 Impfkristall 76 Indenkarbonsäure 127 Indexzeit 223 Ingot 80 Integrated Circuit 12 Integrationsgrade 17 Interferenz 109, 120 intrinsische Dichte 31 intrinsische Punktdefekte 79 Inversion 48 Inverter 55, 56 Ionen 22 Ionendosis 168 Ionenimplantation 162 Ionenimplanter 162, 169 Ionenstrahlätzen 146 Isotropie 140 J JEDEC-Norm 215 Junction-Kapazität 37 Justiermarken 118 K Kaltwandreaktor 73 Kaltwandreaktoren 105 Kanal 49 Kanallängenmodulation 51 Kapazität 41 Keramikgehäuse 215 Kirchhoffsche Regeln 29 Kirchhoffschen Regeln 29 know good dies 224 Koherenzgrad 116 Kollektor 45 Kondensator 41 Konformität 97 konstruktive Interferenz 109 Kontaktbelichtung 114 Kontaktlöcher 189 Kontaktstelle 224 Kontaktwinkelmessung 155 Konvektion 83 Korngrenze 74 Korrosion 192 Kristallfehler 79 kubisch flächenzentrierte Gitter 75 Kunststoff-Flasch 214 Kurzkanal Effekte 51

5 232 Sachwortverzeichnis L Lackhärtung 132 Lackkontrast 129 Laminar Flow 66 langsame Diffundanten 158 Large Scale Integration 17 Laser 117 Latchup-Effekt 56 Laufkarte 174 Layout 14 LDD-Dotierungsprofil 53 Leadframe 211 Leerstellendiffusion 158 Legierungsverfahren 156 Leitungsband 27 Leitungselektronen 30 Leuchtfeldblende 116 Lichtbeugung 114, 119 Liga-Verfahren 112 Lightly Doped Drain 53 Linearbeschleuniger 170 lineares Schichtwachstum 84 Linsenfehler 118 LIS-Schaltkreise 17 Lithographie 112 Loch 31 Lochleitung 32 LOCOS-Prozess 172, 173 Loop 212 Löslichkeitsgrenze 159 Lötbad 216 Low-Stress-Moldmassen 217 LPCVD-Verfahren 99 M Magnetronsputtern 108 Majoritäts-Ladungsträger 32 Masken 124 Maskenebene 16 Massenproduktion 14 Mastermasken 125 Matrixmaterial 127, 130 Medium Scale Integration 17 Mehrlagenverdrahtung 189 Mehrschichtlacktechnik 129 Metallisierung 185 Metallurgical Grade Silicon 71 Migration 193 Mikrolegierung 186 Mikrostrukturtechniken 112 Mikrosysteme 20 Mikrosystemtechnik 20 Millersche Indizes 75 Minienvironment 67 Minoritäts-Ladungsträger 32 MIS-Schaltkreise 17 mittlere Lebensdauer 226 Modell vondeal und Grove 84 Molding 214 Molekularstrahlepitaxie 106 Molekülorbital 26 Monitorwafer 82 monolithische Fertigung 21 MOS-Kondensator 42 MOSFET-Transistoren 47 MTTF = mean time to failure 226 Multikammer-Anlage 153 Muttermaske 115 N n-leitend 32 n-wanne 55 n-wannen-silizium-gate CMOS-Prozess 173 Nahfeldbeugung 114 Nailhead 212 Nasschemisches Ätzen 139 natürliche Oxidschicht 83 Nebenquantenzahlen 25 Negativ-Fotolacke 127 Netzmittel 140 Neutronen 22 Nichtleiter 29 NMOS-Technologie 173 NMOS-Transistor 47 npn-transistor 44 nukleare Bremskraft 164 numerische Apertur 122 O Oberflächendiffusion 94 Oberflächenwiderstand 77 Ohmsches Gesetz 28 ONO-Schicht 201 Orbitale 25 Orbitalmodell 24 Over-Flow-Rinse 137 Overdrive 206 Oxidationsöfen 91 Oxidationsprozess 83 Oxidationsrate 84 Oxidkapazität 49

6 Sachwortverzeichnis 233 P p-leitend 32 Padoxidschicht 175 parabolisches Schichtwachstum 85 Parallelplattenreaktor 103 Parallelschaltung 38 Parametertest 203 Partikel 18, 61, 134 Partikulare Verunreinigungen 61 Passivierung 192 pattern shift 217 Paulisches Ausschließungsprinzip 25 PDS-Scheiben 161 PECVD-Verfahren 102 Pellicle 126 Periodensystem 23 PGA-Gehäuse 215 Phasenschiebe-Masken 126 Phosphin 77 Phosphorsilikatglas (PSG) 190 Phosphorsilikatglasschich t 161 physikalische Gasphasendeposition 105 Pick and Place Handler 224 pick-and-place-verfahren 211 pile-down-effekt 91 pile-up-effekt 91 Pins 211 Planarisierung 148, 190 Planartechnik 15 Plancksches Wirkumsquantum 24 Plasmaätzen 144 Plastikgehäuse 208 Platine 11 Plenum 64 PMOS-Aluminium-Gate-Prozess 172 PMOS-Transistor 47 pn-junction 33 pn-übergang 33 pnp-transistor 44 Poly-Buffered-LOCOS Prozess 177 polykristallin 74 Polymerschicht 152 Polymethylmethacrylat (PMMA) 125 Polysilizium-Gate-Technologie 173 Polywiderstand 39 Popkorn-Effekt 218 Positiv-Fotolack 127 Post Exposure Bake 133 Post Metal Clean 136 Predeposition 161 Pregate 179 Probecard 204 Probing 221 Projektionsbelichtung 116 Projektionslinse 117 Protonen 22 Proximitybelichtung 115 PSG-Oxid 101 Puddleentwicklung 132 Pufferlösungen 139 Punch-Through-Effekt 51 PVD-Verfahren 105 Q QFP-Gehäuse 216 Quantentheorie 24 Quantenzahlen 25 Quarzsand 70 Quick-Dump-Rinsing 137 R RAM-Speicher 57 Randentlackung 132 Raumladungszone 34 Rayleigh-Kriterium 121 Read-Only-Memory) 59 reaktionsbestimmter Prozess 84, 96 reaktives Ionenätzen 149 Reflow-Technik 190 Reflow-Verfahren 216 Reihenschaltung 38 Reinraumklassen 64 Reinraumkleidung 67 Remover 133 Resist 113, 130 Reticle 118, 126 RIBE-Verfahren (reactive ion beam etching) 151 RIE-Verfahren, Reactive Ion Etch 149 ROM-Speicher 59 Röntgen-Lithographie 112 RTA-Verfahren 168 S Sacreficial Oxide 136 Sampletest 221 Sauerstoffbrückenbindungen 88 SC1-Reinigung 135 Scanning Acustic Microscop 217 Schärfentiefe 121, 124 Schleuderbeschichtung 130 Schleuderkurve 131

7 234 Sachwortverzeichnis schnelle Diffundanten 158 Schnittstellen 20 Schottky-Diode 187 Schutzschichten 83 schwache Inversion 51 Schwarzbereich 64 Schwellspannung 49 Scribeline 203 Seadlayer 189 Segregation 77, 90 Segregationskoeffizient 91 Selbstisolation 40 selbstjustierende Silizum-Gate-Technologie 173 Selektivität 139 Sensitizer 127 Sensoren 20 Seperationsmagneten 169 Silan 99 Silanpyrolyse 99 Silber-Epoxidkleber 211 Silicium-on-Isolator 198 Silicium-on-Saphir 199 Silizium 30, 69 Silizium/Aluminium-Legierung 186 Siliziumatom 23 Siliziumchlorepitaxie 98 Siliziumdioxid 70, 84 Siliziumgrieß 187 Siliziumnitrid 101 Siliziumprizipitate 187 Siliziumschmelzpunkt 71 SIMOX-Technik (seperation by implanted oxygen) 200 Simulationssoftware 14 Sizing 141 SMD = surface mounted devices 216 SO-Gehäuse 216 softbake 132 SOG=SpinOnGlas 148 SOI-Schaltungen 199 SOI-Technologie 198 Source 43, 47 Speicherbauteile 57 Spektralanalyse 25, 154 Sperrschicht 34 Sperrstrom 35 Spikes 186 Spin-On-Gläsern (SOG) 191 Spin-on-Verfahren 131 Spinquantenzahl 25 Sprühentwicklung 132 Sputterätzen 146 Sputtern 106 SRAM = Static Random Access Memory 57 Standard-Buried-Collector 47 Standard-IC 12 starke Inversion 49 statischer Fehler 220 statische Speicherzelle 57 Stepper 118 Stitch 212 Stop-first-fail 221 Stoßionisation 104 Strahlenschäden 164, 166 Stromverstärkungsfaktor 46 Strukturgröße 17 Strukturzonen-Modell 95 stuffing 188 stuffing-prozess 188 T TAB-Technik 219 Tauchentwicklung 132 Temperaturausdehnungskoeffizienten 79 TEOS-Prozess 100 Testinserts 203, 210 Tetraethylorthosilan 100 Tetramethylammoniumhydroxid 128 thermische Diffusion 157 thermischeoxidation 83 thermischer Stress 217 Thermosonic-Verfahren 212 Thyristor 56 TLC-Oxid 89 Trench 198 trench induce dislications 202 Trichlorsilan 72 trim and form 215 Trockenätzen 144 trockene Oxidation 85 Tunneloxid 60 turbulente Durchmischung 66 turbulenzarmeverdrängungsströmung 66 U ULSI-Schaltkreise 17 Ultra Large Scale Integration 17 Uniformität 140 unipolarer Kondensator 43 Unterätzung 140 Unterdiffusion 162 US Federal Standard 209E 65

8 Sachwortverzeichnis 235 V Vakuumniveau 22 Valenzband 27 Valenzschale 24 Verarmungs-Transistor 50 veraschen 133 Verbindungshalbleiter 30 verbotene Zone 28 Vertikalöfen 91 Very Large Scale Integration 17 via-holes 189 Vier-Spitzen-Methode 171 Viskosität 130, 214 VLSI-Schaltkreise 17 Vogelschnabel 178 Vorbelegung 160 W Wafer 11 Waferchuck 105 Waferprober 206 Wedge-Wedge-Bonden 213 Weißbereich 64 Whisker 193 White-Ribbon-Effekt 179 Wolframplug 190 Y Yield 19, 221 Z Zehnerregel 19 Zener-Zapping 221 Zenerdioden 36 Zenereffekt 36 Zonenzieh-Verfahren 78 Zuverlässigkeit 225 Zwischengitterdiffusion 158 Zwischengitterplatz 79 Zwischenoxid 190, 194

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10 Jan Albers Grundlagen integrierter Schaltungen Dieses Buch beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise elektronischer Bauelemente in einer integrierten Schaltung sowie den Herstellungsprozess für ICs. Es richtet sich an Studierende und Dozenten der Hochschulen aus den Bereichen Elektrotechnik, Mikrosystemtechnik oder Physik. Auch Mitarbeiter aus der Halbleiterindustrie können dieses Buch als Nachschlagewerk nutzen. Nach einem kurzen Einblick in die Entwicklung integrierter Schaltungen wird der Aufbau der verschiedenen Bauelemente in einem IC detailliert beschrieben. Dazu gehören Dioden, Widerstände und Kondensatoren sowie Bipolar- und MOS-Transistoren. Anschließend werden die eingesetzten Prozesse zur Mikrostrukturierung erläutert: Herstellung dünner Schichten auf einem Siliziumwafer Fotolithographie und Ätzprozesse zur Strukturierung Dotierung Auf dieses Wissen aufbauend wird ein vollständiger CMOS-Prozess von der Wafererzeugung bis zur Metallisierung beschrieben. Die für das Einsetzen eines Chips in ein Plastikgehäuse verwendeten Aufbau- und Verbindungstechniken folgen. Zum Schluss werden die Testverfahren erläutert, mit denen die Qualität der ICs festgelegt wird. Neu aufgenommen in diese Auflage wurden Übungsaufgaben zu jedem Kapitel. Damit kann der Leser sein Wissen entsprechend überprüfen. Zugehörige Lösungen unter: Prof. Dr. Jan Albers ist seit 2008 an der Hochschule Bochum für elektronische Bauelemente und Mikroelektronik berufen. Zuvor war er als Leiter der Schulungsabteilung bei der ELMOS Semiconductor AG verantwortlich für die Weiterbildung der Ingenieure im Bereich Reinraum- und Prozesstechnologie. ISBN