Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
OSNOVE TEHNOLOGIJE INTEGRIRANIH I TISKANIH VEZA 4. nastavna cjelina
POVIJESNI PRIKAZ RAZVOJA POLUVODIČKE TEHNOLOGIJE
<ul><li>Proučavanje oksidnih slojeva silicija dovelo je do pojave planarnog postupka, koji je omogućio porast složenosti e...
STUPANJ INTEGRACIJE MONOLITNIH SKLOPOVA <ul><li>Pod stupnjem integracije podrazumijeva se broj komponenata ostvarenih u je...
PLANARNI PROCES <ul><li>Monolitni integrirani sklopovi  formiraju se planarnim procesom. Uvođenjem tog procesa u poluvodič...
Skica planarnog procesa
Priprema silicijevih pločica Poluvodički monokristali  najčešći su oblik u kojemu se poluvodički materijal upotrebljava. K...
Priprema silicijevih pločica Planarni proces počinje od silicijeve monokristalne pločice (engl. wafera). Ona se dobija iz ...
Epitaksijalni rast Pločice se koriste kao klica za rast kristala epitaksijalnim postupkom. Rast kristala istog materijala ...
Epitaksijalni rast <ul><li>Tokom epitaksijalnog rasta plinovi koji sadržavaju silicijeve atome struje preko zagrijanih sil...
Epitaksijalni rast <ul><ul><li>Nedostatak epitaksijalnog procesa je mogućnost pojave većeg broja različitih kristalnih def...
Oksidacija <ul><li>Oksidacija ili pasivizacija površine silicija najčešće se postiže  termičkim rastom  silicij-dioksida i...
Oksidacija Oksidni se sloj nanosi na silicijevu površinu termičkom oksidacijom u atmosferi kisika ili vodene pare pri temp...
Fotolitografija Procesu fotolitografije prethodi postupak  izrade maski  za difuziju i metalizaciju. Ovisno o vrsti sklopa...
Fotolitografija Prvi korak  je pokrivanje površine silicijeve pločice  fotoosjetljivom emulzijom , poznatom kao  fotorezis...
Fotolitografija Na fotorezist se preslikava negativ optičke maske, jer neprozirnom polju u njoj odgovara otvor u sloju fot...
Difuzija Difuzijom primjesa P-tipa na epitaksijalni N-sloj (ili N-tipa na epitaksijalni P-sloj), formira se PN-spoj. Pri d...
Difuzija Shema uređaja za difuziju primjesa u silicij
Metalizacija Ovaj postupak služi za izradu metalnih kontakata s pojedinim komponentama monolitnih sklopova, kao i za vanjs...
Ionska implantacija i ostali postupci Jedan od postupaka koji su korisna nadopuna planarnoj tehnologiji je i  ionska impla...
Uređaj za naprašivanje metala
Ionska implantacija i ostali postupci <ul><li>Silicijske pločice se stave na anodu, a katoda je izvor metala. Pod utjecaje...
Ionska implantacija i ostali postupci Kontrola tehnologijskih postupaka  najbitnija je kod poluvodičkih proizvoda zbog nji...
Industrijski planarni postupak Početak izrade: a) supstrat N-tipa, b) silicijski ingot, c) izgled izrezanog ingota - silic...
Industrijski planarni postupak Oksidacijom nastaje sloj silicijevog dioksida koji služi za pasivizaciju površine pločice. ...
Industrijski planarni postupak Pločica se peče dok fotorezist donekle ne otvrdne. Nakon izrade maske, ona se postavlja na ...
Industrijski planarni postupak g) uređaj za izlaganje UV-zračenju, h) kemijsko urezivanje, i) urezivanje kiselinom,  j), k...
Industrijski planarni postupak m) rotiranje i sušenje pločice, n) pakovanje pločica u odnosu na veličinu ljudskih ruku Nak...
Industrijski planarni postupak Nakon difuzije primjesa, obavlja se postupak metalizacije, kojim se realiziraju kontakti s ...
Industrijski planarni postupak http://jas.eng.buffalo.edu/education/bjt/bsim/index.html
HIBRIDNI INTEGRIRANI SKLOPOVI: TEHNIKE TANKOG I DEBELOG FILMA sklopova i sustava. Paralelno s monolitnim integriranim sklo...
HIBRIDNI INTEGRIRANI SKLOPOVI: TEHNIKE TANKOG I DEBELOG FILMA Hibridni integrirani krugovi  su oni kod kojih se kombiniraj...
Tehnika debelog filma <ul><li>Tehnološki proces realizacije sklopa u tehnici debelog filma sastoji se od nanošenja izolaci...
Tehnika debelog filma <ul><li>Paste se sastoje od tri bitne komponente: </li></ul><ul><li>funkcionalnog materijala, </li><...
Tehnika tankog filma <ul><li>Tehnike tankog filma su: vakuumsko naparavanje i ionsko raspršenje. </li></ul><ul><li>Podloge...
Razlike između tehnike tankog i debelog filma Glavna razlika između tankoslojne i debeloslojne tehnike je u postupcima izr...
RAZLIKE IZMEĐU MONOLITNE I HIBRIDNE TEHNIKE <ul><li>Često se postavlja pitanje za koju se tehniku odlučiti: za izvedbu mon...
RAZLIKE IZMEĐU MONOLITNE I HIBRIDNE TEHNIKE <ul><li>monolitna tehnika omogućuje veću gustoću pakiranja od hibridne, te je ...
Pitanja za ponavljanje   <ul><li>Tehnike tankog i debelog filma. </li></ul><ul><li>Značajke elemenata i sklopova napravlje...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Pred05

761 views

Published on

Published in: Health & Medicine
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Pred05

  1. 1. OSNOVE TEHNOLOGIJE INTEGRIRANIH I TISKANIH VEZA 4. nastavna cjelina
  2. 2. POVIJESNI PRIKAZ RAZVOJA POLUVODIČKE TEHNOLOGIJE
  3. 3. <ul><li>Proučavanje oksidnih slojeva silicija dovelo je do pojave planarnog postupka, koji je omogućio porast složenosti elektroničke opreme. </li></ul><ul><li>Rezultat porasta složenosti elektroničke opreme je težnja za minijaturizacijom i integracijom složenijih cjelina i čak cijelih sustava. </li></ul><ul><li>Integrirani sklopovi dijele se prema namjeni na: </li></ul><ul><li>digitalne (logičke) i </li></ul><ul><li>analogne (linearne); </li></ul><ul><li>a prema tehnološkom postupku izrane na: </li></ul><ul><li>monolitne i </li></ul><ul><li>hibridne. </li></ul>
  4. 4. STUPANJ INTEGRACIJE MONOLITNIH SKLOPOVA <ul><li>Pod stupnjem integracije podrazumijeva se broj komponenata ostvarenih u jednom monolitnom integriranom sklopu, tj. unutar jednog čipa. Prema stupnju integracije, monolitni integrirani sklopovi mogu se podijeliti u skupine: </li></ul><ul><li>niskog stupnja integracije - SSI-sklopovi (small-scale integration), </li></ul><ul><li>srednjeg stupnja integracije - MSI-sklopovi, </li></ul><ul><li>visokog stupnja integracije - LSI-sklopovi, </li></ul><ul><li>vrlo visokog stupnja integracije - VLSI-sklopovi, </li></ul><ul><li>ultravisokog stupanja integracije - ULSI-sklopovi. </li></ul><ul><li>U SSI tehnologiji ostvaruju se čipovi sa 100 ili manje komponenata po sklopu. U MSI su čipovi sa 100 – 1000 komponenti, u LSI s 1000 – 10000, u VLSI preko 10000 komponenti u jednom čipu. U ULSI tehnologiji postiže se stupanj integracije od milijun i više komponenti po integriranom sklopu. </li></ul>
  5. 5. PLANARNI PROCES <ul><li>Monolitni integrirani sklopovi formiraju se planarnim procesom. Uvođenjem tog procesa u poluvodičku tehnologiju silicij je zamijenio germanij i postao osnovni materijal u elektronici. Naziva se planarnim zbog toga što taj proces rezultira u približno planarnoj (ravninskoj) strukturi iako se komponente formirane tim procesom protežu u sve tri dimenzije. Planarne dimenzije ostvarenih komponenata redovito su puno veće od volumnih, jer je prodiranje pojedinih komponenti u volumen silicijeve pločice vrlo malen u usporedbi s njenom debljinom. Pri tome površina silicijeve pločice ostaje relativno ravna i nakon primjene svih postupaka planarnog procesa. </li></ul><ul><li>Planarni proces sastoji se od pet osnovnih postupaka. To su: </li></ul><ul><li>epitaksijalni rast, </li></ul><ul><li>oksidacija silicijeve površine, </li></ul><ul><li>fotolitografija, </li></ul><ul><li>difuzija primjesa, </li></ul><ul><li>metalizacija. </li></ul><ul><li>U ovisnosti o konačnom proizvodu, taj se proces ponavlja više puta. </li></ul>
  6. 6. Skica planarnog procesa
  7. 7. Priprema silicijevih pločica Poluvodički monokristali najčešći su oblik u kojemu se poluvodički materijal upotrebljava. Kako je većina poluvodiča umjetnog porijekla, razvijeno je niz različitih postupaka dobivanja monokristala. Na svojstva poluvodiča, osim primjesa, utječu i kristalografski defekti, kao što su: točkasti, linijski ili plošni. Najvažniji postupci rasta kristala iz taljevine za dobivanje velikih i homogenih monokristala su: Bridgemanov, Czochralskoga i postupak lebdeće zone. Polikristalni silicij, koji je osnovni materijal, dobija se iz trgovačkog ferosilicija. Klorovodikom se silicij prevede u triklorsilan, koji se čisti, te se reakcijom s vodikom dobiva čisti polikristal u obliku granulata ili polikristaličnih štapova (tzv. ingota ). Kao granulat služi za dobivanje monokristala postupkom Czochralskog, a u obliku štapa postupkom lebdeće zone.
  8. 8. Priprema silicijevih pločica Planarni proces počinje od silicijeve monokristalne pločice (engl. wafera). Ona se dobija iz monokristalnog štapa silicija koji se reže u pločice debljine 250 – 650  m posebnim pilama u obliku koluta ili danas laserom. Takvim se rezanjem u kristalnu strukturu unosi minimalan broj defekata. Na površini pločica ostaje mehanički oštećena, pa se pločice zato bruse i poliraju . Pomoću abrazivnog sredstva (npr., Al 2 O 3 ) odbrusi se dio pločice, a zatim se površina pločice poliranom tkaninom ispolira do visokog optičkog sjaja. Obično je poliranje kemijsko-mehaničko. Silicijske pločice su pravilnog kružnog oblika s jednim ravnim bridom. Taj se ravni brid, još dok je monokristal u obliku šipke, oblikuje tako da predstavlja jedan, točno određen kristalografski smjer. Točnost tog brida tehnologijski je važna za pravilan raspored čipova po pločici s obzirom na kasnije lomljenje silicijske pločice u pojedine čipove. Kristalografska orijentacija podloge mora biti takva da je smjer rasta u epitaksiji nekoliko stupnjeva otklonjen od tog smjera, jer će u protivnom epitaksijalni sloj nepravilno stepeničasto rasti.
  9. 9. Epitaksijalni rast Pločice se koriste kao klica za rast kristala epitaksijalnim postupkom. Rast kristala istog materijala kao što je klica naziva se homoepitaksija , a klica se tad zove supstrat . Moguće je da na nekom supstratu naraste i neki drugi materijal, uz uvjet da taj materijal kristalizira u istom tipu kristalne rešetke i da se parametri rešetke međusobno bitno ne razlikuju. Takav rast naziva se heteroepitaksija . Primjenom epitaksijalne tehnike na podlozi P-tipa raste sloj N-tipa nanošenjem atoma silicija i atoma primjesa. Proces se odvija na visokoj temperaturi od preko 1000  C. Debljina epitaksijalnog sloja obično iznosi 3-10  m. Epitaksijalni rast silicijeva kristala vrši se u tzv. epitaksijalnom reaktoru . U epitaksijalnom reaktoru se silicijeve pločice sa čistom i kemijski poliranom površinom zagrijavaju.
  10. 10. Epitaksijalni rast <ul><li>Tokom epitaksijalnog rasta plinovi koji sadržavaju silicijeve atome struje preko zagrijanih silicijevih pločica. Kao noseći plin upotrebljava se vodik sa silicij-tetrakloridom (SiCl 4 ) ili silanom (SiH 4 ). Ova dva spoja silicija su ujedno i njegov izvor za proces. Vodikovom redukcijom silicij-tetraklorida ili pirolitičkom dekompozicijom silana oslobađaju se silicijevi atomi, koji se natalože na površini silicijevih pločica: </li></ul><ul><ul><li>Zbog prirode epitaksijalnog procesa, silicijevi atomi se talože ravnomjerno na kristalnu strukturu pločice. Zato raste debljina pločice. Ovako se taloži intrinzični silicij. </li></ul></ul><ul><ul><li>Kako je za ostvarenje raznih elektroničkih komponenti potrebno imati P i N tip poluvodiča, oni se unose tokom procesa u kontroliranim iznosima donorskih ili akceptorskih atoma u struju nosećeg plina, čime se talože na pločici zajedno sa silicijevim atomima. </li></ul></ul>
  11. 11. Epitaksijalni rast <ul><ul><li>Nedostatak epitaksijalnog procesa je mogućnost pojave većeg broja različitih kristalnih defekata, koji nepovoljno djeluju na električne karakteristike. Ti kristalni defekti reduciraju vrijeme života manjinskih nosilaca u epitaksijalnom sloju, povećavaju odvodne struje reverzno polariziranih PN spojeva i izazivaju lokalne naponske proboje. Epitaksijalni slojevi su električne otpornosti od 0,001 do 100  cm. </li></ul></ul><ul><ul><li>Za epitaksiju monokristala potrebne su temperature supstrata veće od 1000  C, a kremene stijenke posude reaktora moraju biti hladne kako se na njima ne bi nataložio silicij. U jednadžbi 5.1 silicij na desnoj strani je u krutom agregatnom stanju, dok su sve ostalo plinovi. </li></ul></ul><ul><ul><li>Klorovodikom je moguće odstraniti (odjetkati) silicij. Silicij se može jetkati u reaktoru i bez klorovodika reakcijom: </li></ul></ul><ul><li>gdje je samo elementarni silicij s lijeve strane u čvrstom stanju. </li></ul>
  12. 12. Oksidacija <ul><li>Oksidacija ili pasivizacija površine silicija najčešće se postiže termičkim rastom silicij-dioksida ili pirolitičkom depozicijom silicij-nitrida. Pasivizirajući dielektrični sloj na površini pločice ima tri osnovna zadatka: </li></ul><ul><li>služi kao difuzijska maska za selektivnu difuziju primjesa u silicij; </li></ul><ul><li>štiti PN spojeve na površini silicija od vanjskih utjecaja; </li></ul><ul><li>služi kao dielektrik MOS-kondenzatora i tranzistora, te kao izolator preko kojeg se nanose metalne veze među pojedinim komponentama monolitnog integriranog sklopa. </li></ul><ul><li>Termičkim rastom oksida ili nanošenjem nekog drugog dielektričkog sloja na površinu pločice s epitaksijalnim slojem osigurava se pasivizacija, što znači da površina kemijski teško reagira s vanjskim elementima i spojevima. Tipična debljina oksidnog sloja je 0,1  m. Ponekad se oksidacija vrši izravno na podlozi, bez epitaksijalnog sloja. </li></ul>
  13. 13. Oksidacija Oksidni se sloj nanosi na silicijevu površinu termičkom oksidacijom u atmosferi kisika ili vodene pare pri temperaturi od 900 do 1200  C prema reakcijama: Si + O 2  SiO 2 Si + 2H 2 O  SiO 2 + 2H 2 (5.6) Kako je silicij-nitrid znatno manje osjetljiv na ionske utjecaje od silicij-dioksida, ponekad se upotrebljavaju pasivizirajući slojevi sa silicij-nitridom umjesto silicij-dioksida, posebno kad se žele realizirati monolitni integrirani sklopovi otporni na ionske utjecaje.
  14. 14. Fotolitografija Procesu fotolitografije prethodi postupak izrade maski za difuziju i metalizaciju. Ovisno o vrsti sklopa i tehnološkom postupku, broj potrebnih maski obično varira između tri i osam. Optička maska, izrađena u obliku fotonegativa, prenosi se na površinu silicija prekrivenog oksidnim slojem fotolitografskim postupkom. Koraci u fotolitografskom postupku: a) nanošenje fotorezista na oksidni sloj, b) djelovanje ultraljubičastog svjetla na fotorezist, c) a-područje nepolimeriziranog fotorezista, d) odstranjenje nepolimeriziranog fotorezista, e) odstranjenje oksidnog sloja, f) odstranjenje polimeriziranog fotorezista
  15. 15. Fotolitografija Prvi korak je pokrivanje površine silicijeve pločice fotoosjetljivom emulzijom , poznatom kao fotorezist . Ako se želi u oksidnom sloju napravit otvor za selektivnu difuziju primjesa, na optičkoj maski područje koje odgovara otvoru za difuziju mora biti neprozirno za ultraljubičasto svjetlo . Pod djelovanjem ultraljubičastog svjetla dolazi do polimerizacije fotorezista u osvijetljenom dijelu, dok u neosvijetljenom dijelu fotorezist ostaje nepolimeriziran. Vrsta fotorezista koji se polimerizira pod utjecajem ultraljubičastog svjetla naziva se negativni fotorezist . Djelovanjem odgovarajućeg razvijača, odstranjuje se nepolimerizirani fotorezist iz neosvijetljenog dijela. Na polimerizirani fotorezist taj razvijač ne djeluje. Postoji i pozitivni fotorezist , te se postupak može analogno odvijati s njim.
  16. 16. Fotolitografija Na fotorezist se preslikava negativ optičke maske, jer neprozirnom polju u njoj odgovara otvor u sloju fotorezista. Djelovanjem fluorovodične kiseline uklanja se sloj silicij-dioksida s površine koja nije prekrivena polimeriziranim fotorezistom. Kiselinom se uklanja preostali sloj silicij-dioksida s odgovarajućim otvorima za difuziju primjesa. Za postupak fotolitigrafije važna je izrada maski. Zahvaljujući računalnom dizajnu, topografski podaci o maski unose se na magnetsku vrpcu. U posebnom uređaju iz podataka nastaje slika u mjerilu 10:1, a u redukcijskoj kameri se reducira na stvarne dimenzije.
  17. 17. Difuzija Difuzijom primjesa P-tipa na epitaksijalni N-sloj (ili N-tipa na epitaksijalni P-sloj), formira se PN-spoj. Pri difuziji područje gdje difundiraju primjese je šire od prozora predviđenog maskom u fotolitografskom postupku. Tako PN-spoj dolazi na površinu silicijeve pločice ispod oksidnog sloja. Sam difuzijski proces služi za upravljivo unošenje primjesa u pločicu kroz difuzijske prozore. Proces je učinkovit pri visokim temperaturama. Difuzija se obavlja u difuzijskim pećima. Difuzija je volumna pojava, ali je zadovoljavajuće i opisivanje jednodimenzionalnim modelom. Trajanje depozicije fosfora je 10 do 20 minuta pri temperaturama od 800 do 1100  C, a dubina prodiranja fosfora je manja od 0,2  m. Površinska koncentracija fosfora određena je temperaturom depozicije. Istovremeno se, u praksi, uz dušik pušta i kisik, kako bi površina silicija lagano oksidirala. Nakon depozicije, jetkanjem se uklanja oksidni sloj bogat fosforom. Difuzija je za sve primjese ista, a depozicija se razlikuje prema vrsti primjese i njenom agregatnom stanju. U praksi se može razlikovati dva slučaja difuzije: difuzija iz neograničenog izvora i difuzija iz ograničenog izvora primjesa.
  18. 18. Difuzija Shema uređaja za difuziju primjesa u silicij
  19. 19. Metalizacija Ovaj postupak služi za izradu metalnih kontakata s pojedinim komponentama monolitnih sklopova, kao i za vanjske veze preko sloja oksida. Kod unipolarnih tranzistora, ovim se postupkom formiraju i upravljačke elektrode. Najčešće se za metalizaciju koristi aluminij. Aluminij ostvaruje neispravljački kontakt sa silicijem, te ima nizak iznos električne otpornosti, dobro prianja na sloj silicijevog dioksida i dobro odvodi toplinu, pa je zato vrlo pogodan za kontakte. Jedan od načina kako se aluminijski tanki film nanosi na površinu pločice je vakuumsko naparavanje. U uvjetima visokog vakuuma isparava aluminij. On se naparuje na površinu silicijeve pločice. Taj tanki metalni (aluminijski) film obično je debljine 0,5 do 2  m, te se nanosi po cijeloj površini pločice. Kako bi se uklonio s dijelova gdje nisu potrebni, ili čak poželjni, metalni kontakti, koristi se fotolitografski postupak. Fotolitografijom se uklanja metal sa svih dijelova pločice, osim tamo gdje je potreban kontakt. Preostali metal se legira kako bi se konačno formirali kontakti i veze među komponentama preko sloja oksida (npr. SiO 2 ).
  20. 20. Ionska implantacija i ostali postupci Jedan od postupaka koji su korisna nadopuna planarnoj tehnologiji je i ionska implantacija . Pod njom se podrazumijeva kontrolirano unošenje atoma primjesa u poluvodič djelovanjem jakog električnog polja. Za tu namjenu se koriste razni postupci elektronske balistike i optike kako bi se ioni fokusirali i ubrzali, te odvojili od neželjenih iona prije udara u metu, tj. poluvodičku pločicu. Raspodjela implantiranih primjesa može se aproksimirati Gaussovom raspodjelom. Dubina prodora čestica ovisi o njihovoj kinetičkoj energiji, koja, pak, ovisi o jakosti električnog polja. Jedan od tehnologijskih postupaka kojim se metal nanosi na površinu supstrata ionskim bombardiranjem je naprašivanje ( engl. sputtering postupak prevlačenja filmom premještanjem čestica oslobođenih bombardiranjem ionima ).
  21. 21. Uređaj za naprašivanje metala
  22. 22. Ionska implantacija i ostali postupci <ul><li>Silicijske pločice se stave na anodu, a katoda je izvor metala. Pod utjecajem magnetskog polja elektroni se iz nastale plazme otklone i tako ne dolaze do poluvodiča, a naprašeni se materijal bolje iskorištava pri naparivanju. </li></ul><ul><li>Ugrađivanje poluvodičkog čipa u kućište vrši se da bi se poluvodičkim elementom spretnije rukovalo, da bi se zaštitio od vanjskih utjecaja i zbog boljeg toplinskog rasipanja. </li></ul><ul><li>Kemijski postupci koji se obavljaju su: </li></ul><ul><li>- čišćenje osnovnog materijala (silicija), koje se obavlja uzastopnim pranjem u razrijeđenim otopinama različitih kiselina; </li></ul><ul><li>ispiranje, koje se vrši u deioniziranoj i steriliziranoj (najčešće ultraljubičastim zračenjem) vodi nakon svake uporabe kiseline; </li></ul><ul><li>jetkanje silicij-dioksida, koje se obavlja nakon svake difuzije i metalizacije, a vrši se u vodenim otopinama i plinskoj plazmi; </li></ul><ul><li>jetkanje silicija, kako bi se postigla bolja kvaliteta materijala; </li></ul><ul><li>jetkanje metalnih slojeva (npr. aluminij se jetka u otopini dušične i fosforne kiseline). </li></ul>
  23. 23. Ionska implantacija i ostali postupci Kontrola tehnologijskih postupaka najbitnija je kod poluvodičkih proizvoda zbog njihove osjetljivosti na razne utjecaje. Osim električnih svojstava, provjeravaju se i kemijska i mehanička svojstva. Koriste se spektrometri, mikroskopi, te razni drugi složeni elektronički uređaji. Zaštitini slojevi se postavljaju na poluvodičke elemente da bi se zaštitili od atmosferskih utjecaja.
  24. 24. Industrijski planarni postupak Početak izrade: a) supstrat N-tipa, b) silicijski ingot, c) izgled izrezanog ingota - silicijske tanke pločice Druga faza: a) rast N-tipa silicija, b) vanjski izgled epitaksijalnog reaktora, c) unutrašnjost epitaksijalnog reaktora Formira se n-sloj epitaksijalnim rastom u epitaksijalnom reaktoru. Primjese se unose plinskim mlazom.
  25. 25. Industrijski planarni postupak Oksidacijom nastaje sloj silicijevog dioksida koji služi za pasivizaciju površine pločice. Taj sloj je debljine 0,15  m. Reakcija se odvija na temperaturi 1100  C. Nanosi se tekući sloj fotorezista. Formiranje sloja fotorezista rotacijom (a, b, c), d) uređaj za kapanje fotorezista
  26. 26. Industrijski planarni postupak Pločica se peče dok fotorezist donekle ne otvrdne. Nakon izrade maske, ona se postavlja na pločicu. Pločica se izlaže ultraljubičastom zračenju. Fotoosjetljiva komponenta fotorezista rastvara se na izloženim djelovima, stvarajući kiselinu. Zatim se fotorezist razvija. Ostatak fotorezista se opet peče, a hidrofloridna kiselina se koristi za uklanjanje oksida u otvorima. Fotorezist se potpuno uklanja. (Nijedan poznati fotorezist ne može opstati na visokim temperaturama). Postavljanje maske izlaganje UV zračenju razvijanje fotorezista skica konačnog rezultata obrade u ovoj fazi
  27. 27. Industrijski planarni postupak g) uređaj za izlaganje UV-zračenju, h) kemijsko urezivanje, i) urezivanje kiselinom, j), k), l) različiti izgledi peći za pločice
  28. 28. Industrijski planarni postupak m) rotiranje i sušenje pločice, n) pakovanje pločica u odnosu na veličinu ljudskih ruku Nakon fotolitografije, planarni proces se nastavlja difuzijom primjesa. U pećici pri 950  C pločice se dopiraju s oksidiranim borovim nitridom (bor je primjesa p-tipa). Dopiranje p-tipom obavlja se termalnom difuzijom ili ionskom implantacijom. ionski implanter vanjski izgled uređaja
  29. 29. Industrijski planarni postupak Nakon difuzije primjesa, obavlja se postupak metalizacije, kojim se realiziraju kontakti s pojedinim područjima sklopa. Za metalizaciju se može koristiti metalni vodič, kao aluminij. Aluminij se uparava u silicijsku površinu, gdje se kondenzira. Položaj dopiranog bora (crveno), b) uparavanje aluminija, c) uređaj za uparavanje aluminija u silicijsku površinu <ul><ul><ul><li>Ponavlja se fotolitografski postupak tako da se aluminij dublje ureže u pločicu. Nakon pečenja na 475  C naprava je spremna za testiranje. </li></ul></ul></ul>
  30. 30. Industrijski planarni postupak http://jas.eng.buffalo.edu/education/bjt/bsim/index.html
  31. 31. HIBRIDNI INTEGRIRANI SKLOPOVI: TEHNIKE TANKOG I DEBELOG FILMA sklopova i sustava. Paralelno s monolitnim integriranim sklopovima razvijaju se i mikroelektronički sklopovi u tehnici debelog i tankog filma. U oba slučaja kao podloga služi tanka pločica od izolacijskog materijala (npr. keramičkog). Današnji mikroelektronički sklopovi temelje se na siliciju i planarnoj tehnologiji. To nije i jedini mogući pristup minijaturizaciji elektroničkih
  32. 32. HIBRIDNI INTEGRIRANI SKLOPOVI: TEHNIKE TANKOG I DEBELOG FILMA Hibridni integrirani krugovi su oni kod kojih se kombiniraju različite tehnike i tehnologije integracije. Pasivne komponente se realiziraju ili u tehnici tankog ili u tehnici debelog filma, a aktivne komponente uglavnom standardnom poluvodičkom tehnologijom, te se dodaju kao diskretne komponente, tj. čipovi. U tehnici tankog filma pasivne komponente se izvode vakuumskim naparavanjem otporničkih, vodljivih i dielektričnih tankih slojeva ili filmova na pasivnu podlogu. Umjesto vakuumskog naparavanja, može se koristiti tehnika ionskog raspršivanja. Ionsko raspršivanje izvodi se u uvjetima niskog tlaka u atmosferi plemenitog plina. U hibridnim sklopovima u tehnici debelog filma pasivne se komponente dobivaju postupkom sitotiska. Tiskanjem vodljivih, otporničkih i dielektričnih pasta kroz otvore u vrlo finom situ nastaju pasivne komponente sklopa.
  33. 33. Tehnika debelog filma <ul><li>Tehnološki proces realizacije sklopa u tehnici debelog filma sastoji se od nanošenja izolacijskih, dielektričnih, vodljivih i otporničkih materijala u obliku paste, primjenom postupka sitotiska, na podlogu koja je sačinjena od izolacijskog materijala. Nakon toga se vrši toplinska obrada. Paste su materijali koji se postupkom sitotiska nanose na površinu podloge i osiguravaju željena svojstva debeloslojnih komponenti. Prema električnim svojstvima, paste se dijele na: </li></ul><ul><li>vodljive, </li></ul><ul><li>otporničke, </li></ul><ul><li>dielektrične i </li></ul><ul><li>izolacijske. </li></ul>Prikaz postupka sitotiska: a) početni položaj sita, paste i protiskivača, b) protiskivač tjera pastu kroz otvor u situ i nanosi je na podlogu, c) položaj sita, paste i protiskivača na kraju postupka
  34. 34. Tehnika debelog filma <ul><li>Paste se sastoje od tri bitne komponente: </li></ul><ul><li>funkcionalnog materijala, </li></ul><ul><li>trajnog veziva i </li></ul><ul><li>organskih dodataka. </li></ul><ul><li>Funkcionalni materijal je onaj koji osigurava željena električna svojstva, kao što je otpor kod otporničkih pasta, vrlo veliki otpor kod izolacijskih pasta i sl. Permanentno ili trajno vezivo drži pastu na okupu i veže je s podlogom. Organski dodaci osiguravaju svojstva pasti potrebna za sitotisak. </li></ul><ul><li>Otvori u situ za protiskivanje paste dobivaju se tako da se sito premaže fotorezistom i osuši. Kontaktnim kopiranjem filma definiraju se otvori u fotorezistu kroz koje će se protiskivati pasta. Nakon kopiranja slijedi razvijanje kojim se odstrani nepolimerizirani fotorezist. Sito se ispere i osuši, stavi u okvir i zategne. Zatim se postavi paralelno s podlogom, iznad nje, te se pokreće protiskivač. </li></ul><ul><li>Nakon sitotiska čeka se 10-20 minuta dok se pasta ne homogenizira, pa se potom vrši sušenje na temperaturi od 70 do 250  C. Suši se od 15 do 30 minuta. Za vrijeme sušenja ispare organska otapala dodana pastama radi osiguranja potrebnih svojstava za proces sitotiska. Poslije sušenja u pećima za sušenje ili s pomoću infracrvenih grijača, podloga s pastom ulazi u peć s točno propisanom temperaturom, gdje se sinterira materijal od kojeg se sastoji pasta. </li></ul>
  35. 35. Tehnika tankog filma <ul><li>Tehnike tankog filma su: vakuumsko naparavanje i ionsko raspršenje. </li></ul><ul><li>Podloge za tankoslojne sklopove obično su od keramike ili stakla. Podloga mora biti vremenski i temperaturno stabilna. Od podloge se zahtjeva: </li></ul><ul><li>glatka površina, </li></ul><ul><li>temperaturni koeficijent širenja što bliži onome koji imaju slojevi nanešeni na podlogu, </li></ul><ul><li>visoka mehanička čvrstoća, </li></ul><ul><li>visoka toplinska vodljivost, </li></ul><ul><li>otpornost na kemikalije koje se koriste pri proizvodnji, </li></ul><ul><li>minimalna poroznost da se spriječi prodor nečistoća iz podloge u tanke slojeve sklopa pri depoziciji, </li></ul><ul><li>visoka električna otpornost, </li></ul><ul><li>nizak faktor gubitaka, </li></ul><ul><li>prihvatljiva cijena, </li></ul><ul><li>uniformna fizikalna svojstva. </li></ul>
  36. 36. Razlike između tehnike tankog i debelog filma Glavna razlika između tankoslojne i debeloslojne tehnike je u postupcima izrade pasivnih komponenti. U tehnici tankog filma slojevi su debljine oko 1  m, a u tehnici debelog filma 10 – 50  m. Ponekad se i pasivne komponente također dodaju diskretno. Aktivne komponente redovito se dodaju kao čip-komponente, iako se u tankoslojnoj tehnici mogu izvoditi i izravno vakuumskim naparavanjem. Tehnika tankog filma omogućuje gušće pakiranje vodljivih traka. Razmak između traka može biti 50  m, dok je isti u tehnici debelog filma 250  m. Sklopovi u tehnici debelog filma podnose veće snage zbog razlike u debljinama vodljivih staza i dopuštenih struja. Frekvencijski opseg sklopova u tehnici tankog filma je veći od onoga u tehnici debelog filma. Kako tehnika tankog filma ne zahtjeva visokotemperaturne postupke, ali zahtjeva visoki vakuum, jeftinija je oprema za proizvodnju u tehnici debelog filma. I debeloslojna i tankoslojna tehnika mogu poslužiti u proizvodnji kvalitetnih pasivnih komponenti. Aktivne komponente obično se dodaju kao diskretne poluvodičke komponente, tkz. čip-komponente. U tehnici tankog filma moguće je pojedine aktivne komponente formirati i izravno na podlozi.
  37. 37. RAZLIKE IZMEĐU MONOLITNE I HIBRIDNE TEHNIKE <ul><li>Često se postavlja pitanje za koju se tehniku odlučiti: za izvedbu monolitnih ili hibridnih sklopova. Isto tako, često se postavlja pitanje budućnosti tih dviju tehnika. Da bi se moglo odlučiti koju tehniku primijeniti, potrebno je znati koje su razlike, što je funkcija sklopa, koji su uvjeti okoline i radni zahtjevi. Tehnolozi sukladno tome odabiru najpovoljnije rješenje. </li></ul><ul><li>Osnovne razlike između monolitne i hibridne tehnike su: </li></ul><ul><li>tehnika tankog filma može koristiti u izradi unipolarnih, ali ne i bipolarnih tranzistora, a debelog i tankog filma se koristi za izradu pasivnih komponenti; </li></ul><ul><li>u hibridnoj tehnici se aktivni elementi dodaju kao čipovi, a oni mogu biti izrađeni monolitnom tehnikom. S druge strane, monolitna tehnika omogućuje realizaciju velikog broja različitih vrsta aktivnih i pasivinih komponenti postupkom planarne tehnologije; </li></ul>
  38. 38. RAZLIKE IZMEĐU MONOLITNE I HIBRIDNE TEHNIKE <ul><li>monolitna tehnika omogućuje veću gustoću pakiranja od hibridne, te je stoga povoljnija za izradu sklopova koji imaju veliki broj komponenti; </li></ul><ul><li>pouzdanost monolitnih sklopova je veća od pouzdanosti hibridnih iste složenosti; </li></ul><ul><li>razvoj monolitnih sklopova puno je kompliciraniji i skuplji od razvoja hibridnih sklopova, pa se s njom izrađuju samo standardni digitalni ili analogni sklopovi koji služe u velikom broju primjena. Za proizvodnju u manjim serijama hibridni sklopovi su u pogledu cijene prihvatljiviji od monolitnih, a kod velikih serija je obrnuto. </li></ul><ul><li>Monolitna i hibridna tehnika nisu konkurentske tehnike. Monolitna tehnika pogodnija je za one sklopove koji se proizvode u velikim serijama i imaju visok stupanj integracije, a hibridna je tehnika povoljnija za proizvodnju onih sklopova koji se rade u manjim serijama, s manjim brojem komponenata i za specijalne namjene. Tako se npr. aktivni elementi dobiveni planarnim postupkom mogu spajati s pasivnim elementima većeg sklopa u hibridnoj tehnici. </li></ul>
  39. 39. Pitanja za ponavljanje <ul><li>Tehnike tankog i debelog filma. </li></ul><ul><li>Značajke elemenata i sklopova napravljenih u poluvodičkoj tehnologiji. </li></ul><ul><li>Planarna tehnologija. </li></ul><ul><li>Stupnjevi integracije monolitinih poluvodičkih sklopova. Objasnite podjelu na monolitne i hibridne sklopove. Razlike između monolitne i hibridne tehnike. </li></ul>

×