Grundlagen integrierter Schaltungen (eBook)

Bauelemente und Mikrostrukturierung

Jan Albers (Autor)

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2010 | 2. Auflage
238 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
9783446423688 (ISBN)

Infos

Integrierte, elektronische Schaltungen haben in den letzten Jahrzehnten unser Leben gewaltig verändert. Kaum ein elektrisches Gerät kommt heute ohne eine integrierte Schaltung aus, und die Computertechnologie wäre ohne integrierte Schaltungen technisch nicht möglich. Im ersten Kapitel des Lehrbuchs wird die Entwicklung dieser Schaltungen beschrieben. Anschließend werden die physikalischen Grundlagen der Halbleiterphysik dargestellt und mit diesem Wissen der Aufbau und die Funktion der wichtigsten Bauelemente erläutert. Daran schließen sich die Fertigungstechnologien der Mikrostrukturierung in der Halbleiterindustrie an. Für die einzelnen Prozesse werden auch die theoretischen Modelle und wichtige Formeln erklärt. Im gesamten Buch wurde auf eine möglichst verständliche Beschreibung der physikalischen Zusammenhänge und technischen Prozesse Wert gelegt, sodass sich Studenten und Ingenieure schnell in das Thema einarbeiten können.

Autor

Prof. Dr. rer. nat. Jan Albers, Hochschule Bochum, hält Vorlesungen zu elektronischen Bauelementen und Physik.

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Elektronische Schaltungen und Mikrosysteme 12
1.1 Die Entwicklung integrierter Schaltungen 12
1.2 Produktion von ICs 15
1.3 Strukturgröße und Yield 18
1.4 Mikrosysteme 21
2 Integrierte elektronische Bauteile 23
2.1 Die elektrische Leitfähigkeit 23
2.1.1 Das Bohrsche Atommodell 23
2.1.2 Das quantenmechanische Orbitalmodell 25
2.1.3 Das Bändermodell für Festkörper 27
2.1.4 Strom, Spannung und Widerstand 29
2.1.5 Die elektrische Leitfähigkeit bei Leiter und Nichtleiter 30
2.1.6 Eigenleitung bei Halbleitern 31
2.1.7 Dotierte Halbleiter 32
2.2 Die Diode 34
2.2.1 Der pn-Übergang 34
2.2.2 Die Diodenkennlinie 36
2.2.3 Aufbau einer Diode 38
2.3 Der ohmsche Widerstand 39
2.3.1 Der spezifische Widerstand 39
2.3.2 Der Polywiderstand 40
2.3.3 Der Aktivgebietswiderstand 41
2.4 Der Kondensator 42
2.4.1 Die Kapazität 42
2.4.2 Der Aufbau eines MOS-Kondensators 43
2.5 Der Bipolar-Transistor 44
2.5.1 Funktion und Emitterschaltung 45
2.5.2 Aufbau eines npn-Transistors 47
2.6 Der MOS-Transistor 48
2.6.1 Aufbau und Funktion 48
2.6.2 Kurzkanal-Effekte 52
2.6.3 Parasitäre Feldtransistoren 55
2.7 Der CMOS-Inverter 56
2.7.1 Die CMOS-Technologie 56
2.7.2 Der Inverter 57
2.7.3 Der Latchup-Effekt 57
2.8 Speicherbauteile 58
2.8.1 RAM-Speicher 58
2.8.2 ROM-Speicher 60
3 Reinraumtechnik 62
3.1 Verunreinigungen 62
3.1.1 Partikulare Verunreinigungen 62
3.1.2 AMC-Verunreinigungen 64
3.1.3 Elektrostatische Aufladungen 65
3.2 Der Reinraum 65
3.2.1 Aufbau des Reinraumes und Reinraumklassen 65
3.2.2 Turbulente Durchmischung und Laminar Flow 67
3.3 Der Mensch im Reinraum 68
4 Siliziumwafer 70
4.1 Halbleitermaterialien 70
4.2 Herstellung des Reinstsiliziums (Trichlorsilan-Prozess) 71
4.3 Einkristallines Silizium 74
4.3.1 Siliziumkristallstruktur und die Oberfläche 74
4.3.2 Das Czochralski-Verfahren 77
4.3.3 Das Zonenzieh-Verfahren 79
4.3.4 Kristallfehler 80
4.4 Endfertigung des Wafers 81
5 Herstellung dünner Schichten 84
5.1 Thermische Oxidation 85
5.1.1 Die Oxidation von Siliziumoberflächen 85
5.1.2 Trockene und feuchte Oxidation 87
5.1.3 Einflüsse auf die Oxidationsrate 88
5.1.4 Eigenschaften und Einsatz der Oxidschichten 89
5.1.5 Segregation 92
5.1.6 Oxidationsöfen 92
5.2 Chemische Gasphasendeposition (CVD) 95
5.2.1 Grundlagen der Deposition 95
5.2.2 Wachstumsgeschwindigkeit, Strukturzonenmodell und Konformität 96
5.2.3 APCVD-Verfahren (Epitaxie) 98
5.2.4 LPCVD-Verfahren 100
5.2.5 PECVD-Verfahren 103
5.2.6 Niederdruckplasma im Parallelplattenreaktor 104
5.3 Physikalische Gasphasendeposition (PVD) 107
5.3.1 Aufdampfen 107
5.3.2 Sputtern 108
5.4 Messung von Schichtdicken 110
5.4.1 Spektralphotometrische Schichtdickenmessung 110
5.4.2 Ellipsometer 111
6 Fotolithographie 113
6.1 Mikrostrukturtechniken 113
6.2 Belichtungsverfahren 115
6.2.1 Kontakt- und Abstandsbelichtung 115
6.2.2 Die Projektionsbelichtung 117
6.3 Auflösungsvermögen der Projektionsbelichtung 120
6.3.1 Die Lichtbeugung 120
6.3.2 Das Rayleigh-Kriterium und die Schärfentiefe 122
6.4 Die Masken 125
6.4.1 Elektronenstrahllithographie 125
6.4.2 Mastermasken und Reticles 126
6.4.3 Phasenschiebe-Masken 127
6.5 Der Fotolack 128
6.5.1 Die chemische Reaktion bei der Belichtung und Entwicklung 128
6.5.2 Mehrschichtlacktechnik 130
6.5.3 Die Schleuderbeschichtung 131
6.5.4 Entwicklung und Lackhärtung 133
7 Ätzprozesse 135
7.1 Waferreinigung 135
7.1.1 Reinigungsprozesse 135
7.1.2 Spülen und Trocknen der Wafer 138
7.1.3 Reinigungsanlagen 139
7.2 Nasschemisches Ätzen 140
7.2.1 Ätzrate und Selektivität 140
7.2.2 Isotropie und Ätzprofil 141
7.2.3 Angewandte Nassätzprozesse 143
7.2.4 Nasschemische Ätzanlagen 144
7.3 Trockene Ätzprozesse 145
7.3.1 Plasmaätzen 145
7.3.2 Sputterätzen 147
7.3.3 Reaktives Ionenätzen 150
7.4 Messtechnik 155
7.4.1 Endpunktdetektion 155
7.4.2 Messung von Strukturbreiten 155
7.4.3 Kontaktwinkelmessung 156
8 Dotierung 157
8.1 Das Legierungsverfahren 157
8.2 Das Diffusionsverfahren 158
8.2.1 Thermische Diffusion 158
8.2.2 Technische Diffusionsverfahren 160
8.3 Die Ionenimplantation 163
8.3.1 Reichweite der Ionen (Channeling) 164
8.3.2 Strahlenschäden und Aktivierung 167
8.3.3 Ionendosis 169
8.3.4 Aufbau des Ionenimplanters 170
8.4 Messung der Dotierung 172
9 Prozessintegration 173
9.1 LOCOS-Prozess 173
9.1.1 Historische Entwicklung 173
9.1.2 Prozessablauf 175
9.2 Metallisierung 186
9.2.1 Grenzfläche Silizium/Aluminium 187
9.2.2 Mehrlagenverdrahtung und Kontaktlöcher 190
9.2.3 Planarisierung 191
9.2.4 Korrosion und Elektromigration 193
9.2.5 Der Metallisierungsprozess 195
9.3 SOI-Technologie 199
9.3.1 Vorteile der SOI-Technik 199
9.3.2 Herstellung der SOI-Wafer 200
9.3.3 Der Trench-Prozess 202
9.4 Parametertest 204
9.4.1 Die Teststruktur und DUT-Board 204
9.4.2 Die Probecard 206
9.4.3 Der Waferprober 207
10 Aufbau- und Verbindungstechnik 209
10.1 Einhäusen integrierter Schaltungen 209
10.1.1 Assembly und Backend 209
10.1.2 Backgrinden und Sägen 210
10.1.3 Die-Bonding 212
10.1.4 Draht-Bonding 213
10.1.5 Molding 215
10.2 Das IC-Gehäuse 216
10.2.1 Gehäusetypen 216
10.2.2 Eigenschaften der Kunststoffgehäuse 218
10.3 Montage ungehäuster Bauelemente 219
11 Qualität integrierter Schaltungen 221
11.1 Funktionsfähigkeit 221
11.1.1 Ausfallmechanismen 221
11.1.2 Der Funktionstest 222
11.1.3 Handler 224
11.2 Zuverlässigkeit 226
11.2.1 Zuverlässigkeit und Ausfallrate 226
11.2.2 Der Burn-In-Prozess 228
Literaturverzeichnis 229
Sachwortverzeichnis 230

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2010
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Schlagworte: Herstellung integrierter Schaltungen • integrierte elektronische Bauelemente • Mikrostrukturtechniken • Prozessintegration
• ISBN-13: 9783446423688 / 9783446423688