Flvezetk Az 1 IC Jack Kilby 1958 tiszta

Félvezetők

• Az 1. IC: Jack Kilby 1958

• tiszta alapanyag előállítása: – kohászati minőségű Si, – félvezető tisztaságú Si. • • • egykristály húzás, szelet készítés, elemgyártás: fotolitográfia, maszkolás, maratás, adalékolás, epitaxia, fémezés. • chip készítés: darabolás, kivezető készítés, tokozás, csomagolás.

Félvezető alapanyagok: • nyersanyag: kvarchomok: Si. O 2 • redukció szénnel: ~2000 o. C-on, 99% tisztaságú, • tisztítás: cél: 109 -szer tisztább.

polikristályos Si rúd előállítása, egykristály húzás: Czochralski módszer: kívánt orientáció magkristály, hibátlan egykristály – nagyon lassú, – pontos hőmérsékletű húzás (1414 o. C), – rúd és tégely forgatása. Év 1950 ½ inch Átmérő Tömeg (kg) 0, 05 1956 1967 1980 1992 1 inch 2 inch 100 mm 200 mm 300 mm 0, 4 2, 5 24 110 1997 200

Félvezető egykristály előállítás: Czochralski-módszer : • szilárd – olvadék határon pontosan az op. • mag indítja a kristálykiválást, meghatározza az orientációt, • rúd lassú húzás, forgatás.

A nyak elvékonyodása során válik diszlokációmentessé az egykristály

Zónás tisztítás: polikristályos rúdból: – tisztítás, – átkristályosítás, – orientáció. szegregáció: a szennyezőanyagnak nagyobb az oldhatósága az olvadékban, mint a szilárd fázisban feldúsul a rúd végén (lehet fordított is), Csak 200 mm-nél vékonyabb rúdnál lehet.

• szeletelés: kb 4 – 600 µm • feszültségcsökkentő hőkezelés, • él lekerekítés, polírozás, • szelet vékonyítás, • szelet polírozás: CMP: chemical-mechanical polishing Mechanikai: kvarcpor szuszpenzió, Kémiai: savas (HNO 3, HF) és lúgos (Na. OH) maratás felváltva. Napelemhez használható ultravékony szelet

Hátoldali hőkezeléssel az aktív zónából eltávoznak a kristályhibák • Si szelet minőségi jellemzői: • Villamos tul: – vezetés típusa, – vezetőképesség ( ). • Mechanikai: – átmérő, – vastagság (0, 25 – 075 mm). • Kémiai: – adalék koncentráció (db/cm 3) (tiszta Si: 5· 1022 cm– 3 1 ppm: 5· 1016 cm-3) – Szennyezőanyagok: oxigén szén, stb. • Felületi: – laposság, – érdesség.

IC elemek technológiája: 1. 2. 3. 4. 5. fotolitográfia, oxidáció, oxidmarás, diffúzió, implantáció, epitaxiális rétegnövesztés, vákuumtechnikai rétegleválasztások, PVD.

1. fotolitográfia: folyékony reziszt felvitele, nagyított maszk, ablaknyitás az adalékoláshoz, 2. oxidáció, oxidmarás: oxidréteg véd, oxidmarással ablaknyitás az adalékoláshoz, 3. - adalékolás diffúzióval: a diffúzáns atomok (B, P) kb. 1000 o. C-on bediffundálnak a felületi rétegbe, szilárd, folyadék vagy gáz fázisból, - adalékolás implantációval: gyorsított ionok belövése az anyag felületi rétegébe,

4. epitaxiális rétegnövesztés: • az alaprács egykritályos szerkezetét, orientációját folytatja az új réteg, • homoepitaxia: azonos anyagból, de pl. más adalékolással, • heteroepitaxia: más anyag, de nagyon hasonló rácsállandóval pl: Ga. Al. As réteg Ga. As hordozón, • módszerek: – gázfázisú ~ CVD (Chemical Vapor Deposition) – folyadékfázisú ~ – molekulanyaláb ~ MBE 5. PVD: Physical Vapor Deposition • hagyományos” vákuumtechnikai rétegleválasztások – katódporlasztás, – vákuumpárologtatás, – elektronsugaras gőzölés. • főképp a kontaktus fémrétegek kialakítására: Al, Cu.

Kötés, tokozás • huzalkötés szerelőlemezre, • Au, Al-Au, Si-Au huzal, • termokompressziós (ultrahangos) kötés, • méretkülönbségek áthidalására, chip: ~ 1 µm, NYHL: 100 µm Leadframe

Flip Chip • kivezetések száma nő chip/tok méret csökken, • egész terület használata tokon belül és kívül, • belső kontaktusok kivezetése többrétegű NYHL-el, • forraszgömbök / a kontaktusfelület nagyobb, mint a lábkivezetésnél.

Hibrid IntegráltÁramkörök, HIC Az alábbi bemutató egyes ábráit a Dr. Illyefalvi Vitéz Zsolt – Dr. Ripka Gábor – Dr. Harsányi Gábor: Elektronikai technológia, ill. Dr Ripka Gábor: Hordozók, alkatrészek és szereléstechnológiák c könyvek CD mellékleteiből vettem át, a szerzők hozzájárulásával.

A szigetelőalapú hibrid IC-k típusai, fő jellemzői • szigetelőanyag hordozón, • integrált passzív hálózat, • beültetett aktív (diszkrét passzív) elemek. Rugalmas gyártás, kis sorozatokban is gazdaságos, elsősorban berendezésorientált eszközként.

Vékonyréteg: • n x 10 … n x 100 nm, • vákuumtechnikai eljárások: gőzölés, porlasztás, • hordozó: üveg, • min. vonalszélesség: 25 -50 m. Vastagréteg: • 10… 50 m, • szitanyomtatással felvitt paszták • hordozó: kerámia (Al 2 O 3, Al. N, Be. O), • min. vonalszélesség: 125 -250 m. Azonos (hasonló) beültethető elemkészlet

Hordozók feladatai tulajdonságai: • mechanikai : tartást biztosítsa, szilárdság, darabolhatóság, • villamos: jó szigetelés, • hőtechnikai: hőelvezetés, hőtágulási együttható, • felületi tisztaság. Pl. : üveg, kerámia, zafír, kvarc…

Vékony réteg HIC: Réteganyagok: - vezetőrétegek (jól tapad, forrasztható, zajszegény, stb. ), - ellenállásrétegek (stabil értékek), - szigetelőréteg (kondenzátor dielektrikum, kereszteződések közötti szigetelés), - átlátszó vezetőbevonat (kijelzők nézeti oldalán).

Vákuumpárologtatás • vákuumtechnológiák előnye: tisztaság, • forrástól adott távolságra a hordozón a részecskék kondenzálódnak, • ha p ~ 10 -5 mbar, az átlagos szabad úthossz ~ 1 m, a részecskék egyenes vonalban (ütközés, szennyeződés nélkül) érik el a hordozót.

Vákuumgőzölő: • Anyag felfűtése, hogy a gőznyomása 10 -4… 10 -3 mbar legyen • Közvetlen fűtés • Közvetett fűtés: W csónak (magas op, nem ötvöződik) • Hordozók gömbfelületen, forgatva. • Rétegvastagság számítható, mérhető • Ötvözet gőzölés: figyelemmel a gőznyomás-különbségre vagy flash gőzölés kupola forgatás hordozók búra forrás áram szivattyú

Elektronsugaras gőzölés • Magasabb hőmérséklet nagyobb op-ú anyagok Elektron -sugár is gőzölhetők • Kisebb felületről • Csak a saját anyaggal érintkezik, tisztább • Nagyobb rétegnövekedési sebesség tégely Hűtő -víz

Katódporlasztás • Nagyvákuum térbe Ar gáz 0, 1. . 100 mbar nyomásig, elektronok ütköznek az Ar atomokkal Ar+ ionok létrehozása • Gázkisülés • Target nagy negatív potenciálon, Ar+ beleütközik, bevonó • anyag részecskéit löki ki lerakódik a hordozón • Nagyobb rétegépülési sebesség, • Nem kell magas hőm. Triódás katódporlasztás anód szelep - - Ar hordozó + target (- k. V) katód szivattyú

Rajzolat kialakítása • fotolitográfia: folyékony reziszt, felvitel centrifugálással, • a rétegek nagy része nehezen maratható, • lift-off technika =fordított rezisztmaszkos eljárás: – a tiszta hordozón fotorezisztből alakítják ki a negatív ábrát, – erre gőzölik (porlasztják) a réteget. Gőzölt réteg Reziszt Hordozó

Értékbeállítás: • gyakorlatilag csak ellenállások esetében, • utólag R csak növelhető: Lézerese értékbeállítás: • R pálya hosszának növelése, • folyamatos: bevágás az R felületbe, • szakaszos: rövidzárak átvágása, • Nd: YAG lézer, • beállítás alatt folyamatos R mérés. Vezető Ellenállás Vezető

Vastagréteg hibrid IC Az alábbi bemutató egyes ábráit a Dr. Illyefalvi Vitéz Zsolt – Dr. Ripka Gábor – Dr. Harsányi Gábor: Elektronikai technológia, ill. Dr Ripka Gábor: Hordozók, alkatrészek és szereléstechnológiák c könyvek CD mellékleteiből vettem át

VHIC-k felépítése • kerámia hordozó Al 2 O 3, Al. N • nyomtatott vezetőhálózat, passzív elemek Paszták komponensei: komponensei • funkcionális anyag, • végleges kötőanyag (üvegkerámia), • átmeneti kötőanyag, • szerves oldószer (viszkozitás, tixotrópia), • speciális adalékok.

Paszta típusok: • vezetőpaszták, • ellenálláspaszták, • szigetelőpaszták (szigetelőréteg, kondenzátor dielektrikum, védőréteg).

Gyártási technológia: Szitanyomtatás: • rétegvastagság: 10 – 20 – (200) m, • rajzolatfinomság: 250 -125 m. Beégetés: alagútkemencében tervezett hőprofil szerint.

Multichip modulok Önálló egység: • • közös hordozón több IC chip, integrált vezetőhálózat, többrétegű hordozó, beágyazott passzív elemek. Típusok: • MCM-L: (laminált), főképp NYÁK technológiával, • MCM-C: (kerámia), vastagréteg technológia (magas és alacsony hőmérsékleten égetett), • MCM-D: (deposited) vékonyréteg technológiával. MCM-L