proceso fabric ac i on
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Universidad Politcnica de Madrid
Facultad de Informtica
Fundamentos Fsicos y Tecnolgicos de la Informtica
Grupo de Tecnologa de Computadores. DATSI-FI-UPM
Vctor Nieto Llus
Tecnologa de Fabricacin de Semiconductores
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Proceso de Fabricacin. FFyTI 2
Proceso de Fabricacin de Semiconductores:
Obtencin de polisilicio en bruto Generacin de lingotes de silicio monocristalino Corte de obleas Pulido de las obleas Crecimiento epitaxial Oxidacin Recubrimiento con fotoresina Creacin de mscaras
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Proceso de Fabricacin de Semiconductores (cont.): Exposicin, Revelado, Ataque cido, Aclarado y
Secado Implante inico Deposicin qumica por vapor (CVD) Deposicin de metal Ataque sobre el metal
Lavado Test de comprobacin y corte de los dados Conexionado de los terminales Encapsulado final
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Esquema general del proceso de fabricacin
Obtencin de polisilicio en bruto
Obtencin de silicio monocristalino
Corte en obleas
Oxidacin Crecimiento epitaxial
Pulido
Recubrimiento con foto-resina
Exposicin
Generacin de mscaras
Revenido
Revelado Ataque del metal
Deposicin de metal
Deposicin qumica por vapor
Implante inico
Ataque cido
Enjuague y secado
Encapsulado Conexionado Test y corte de dados
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Obtencin de Polisilicio
Las barras de polisilicio se obtienen en un horno a partir de la mezcla de triclorosilano (SiHCl3) con gas H2, depositandose sobre espigas metlicas.
Los tubos as obtenidos se someten a un proceso de refinado disolvindolos en cido fluorhdrico (HF) y se obtienen los lingotes de polisilicio.
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Obtencin de lingotes de Silicio Monocristalino
Los lingotes se obtienen por el mtodo de Czochralski
El silicio policristalino es molido e impurificado con elementos del tipo As, B, P o Sb y fundido a 1400C en un crisol de cuarzo en atmsfera de gas inerte (Ar) de alta pureza.
El dimetro del lingote se controla con la temperatura del bao y la velocidad de extraccin.
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Proceso de Fabricacin. FFyTI 7
Obtencin de lingotes de Silicio Monocristalino
Los equipos de estiramiento se instalan sobre fundamentos de hormign de gran profundidad para prevenir la vibracin
Los mayora de los lingotes son de 150 mm (6) y 200 mm (8), pero tambin pueden ser de 300 mm (12) y 400 mm (16)
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Corte de Obleas
Cara primaria
Cara secundaria
Antes de proceder a cortar los lingotes en finas obleas se hacen unas marcas para especificar la orientacin cristalina
Las obleas se cortan en una sierra circular cuyo borde de corte es el interno para asegurar una mayor precisin y finura
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Esmerilado y Pulido
Las obleas son esmeriladas con un abrasivo para eliminar los defectos superficiales dejados por la sierra y alisar las caras de la oblea
Despus del esmerilado se realiza un ataque qumico con una solucin de cido ntrico (HNO3)/cido actico (CH3COOH) o hidrxido de sodio (NaOH) para eliminar grietas microscpicas derivadas del proceso de esmerilado.
Esmerilado
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Esmerilado y Pulido
Pulido
A continuacin las obleas se someten a una combinacin de pulido qumico y mecnico y es abrillantado con un abrasivo reforzado con slice, agua de alta pureza e hidrxido de sodio (NaOH)
Despus del pulido la oblea se somete a un lavado para eliminar todas las impurezas
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Crecimiento Epitaxial
Este proceso se utiliza para hacer crecer una capa de silicio con una concentracin diferente, generalmente menor, de dopantes en el seno del sustrato.
El triclorosilano (SiHCl3) o el tetracloruro de silicio (SiCl4) y el hidrgeno se combinan con gas de diborano (B2H6) o fosfina (PH3) para actuar como dopante.
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Oxidacin
Se crea una fina capa de SiO2 sobre la superficie por exposicin a una mezcla de O2 e H2 de alta pureza a 1000 C
El xido se utiliza como aislante ( en torno a 1500 ) y como xido de puerta (entre 200 y 500 )
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Recubrimiento con fotoresina La fotoresina es un material fotosensible que se aplica sobre la oblea en estado lquido en pequeas cantidades
La oblea se hace girar a 3000 r.p.m. extendiendo el material en forma de una capa uniforme de entre 2 y 200 m de espesor.
La fotoresina positiva se adapta mejor a las exigencias de la tecnologa moderna en cuanto a alcanzar menores dimensiones, las cuales se encuentran por debajo de 1,0 m y puede llegar a 0,15 m.
Hay dos tipos de fotoresinas: negativa y positiva
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Generacin de patrones
Durante la fabricacin de semiconductores se pueden requerir hasta 50 capas diferentes. Cada una de ellas requerir un patrn que est contenida en una mscara o retculo.
Los patrones son generados con herramientas CAD y son transferidos al retculo (recubierto con cromo virgen y una capa de fotoresina) por uno de los dos mtodos: generacin por lser o por haz de electrones
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Generacin de patrones por lser Toma los datos proporcionados por el software y, por medio de lentes, divisores de haces, obturadores y espejos controlados por ordenador, expone las reas especficas de la fotoresina a la luz UV.
Generacin de patrones
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Generacin de patrones
Tambin interpreta los datos proporcionados por el software pero utiliza una serie de imanes, cortinas y obturadores controlados por ordenador para exponer la fotoresina a un haz de electrones de alta intensidad.
Generacin de patrones por haz de electrones
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Generacin de patrones
La fotoresina expuesta (cida) es eliminada con una solucin base, dejando al descubierto la parte del cromo que se quiere eliminar. El cromo es atacado con una solucin cida de nitrato crico de amonio, (NH4)2[Ce(NO3)6].
Para tecnologa mayor de 1,5 m
Contiene la imagen de toda la oblea
Para tecnologa menor de 1,5 m
Contiene la imagen de un slo dispositivo
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Exposicin por etapas (litografa)
La aplicacin y exposicin de la fotoresina para generar una capa sobre la oblea es similar a la utilizada en la generacin de las mscaras.
En la actualidad se utiliza una mquina denominada escalonador litogrfico.
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Exposicin por etapas (litografa)
Los rayos UV multibanda:
para tecnologa de hasta 2,0 m
para tecnologa de hasta los 0,25 m
La luz UV de una sola longitud de onda:
Las longitudes tpicas son:
436 m (lnea G)
405 m (lnea H)
365 m (lnea I)
248 m (UV profunda)
196 m (actualmente en prueba)
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Revelado y revenido
Despus de la exposicin, la oblea es revelada tanto con una solucin cida como una base para eliminar las zonas de la fotoresina expuestas.
Una vez eliminada la parte expuesta, la oblea es sometida a un revenido suave (a baja temperatura) para endurecer la fotoresina remanente.
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Ataque qumico
Para eliminar el material de las reas seleccionadas de la oblea se utilizan diversos tipos de soluciones cidas, casticas y bases. Por la peligrosidad inherente a estas sustancias, los trabajos se realizan en cubas especiales de inmersin.
La solucin con cido fluorhdrico (HF) mezclado con fluoruro de amonio (NH4F), permite eliminar el dixido de silicio sin afectar a la capa inferior de silicio o polisilicio. El cido fosfrico (H3PO4) se emplea para atacar las capas de nitruro de silicio (Si3N4), el cido ntrico (HNO3) se utiliza para atacar a los metales y el cido sulfrico (H2SO4) se utiliza para eliminar la fotoresina.
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Centrifugado, Aclarado, Secado
A pesar de todas las precauciones las obleas deben ser constantemente limpiadas. Para ello se utiliza un dispositivo especial denominado SRD (Centrifugador, enjuagador y secador). El SRD limpia la oblea con agua RO/DI y lo seca con nitrgeno de alta pureza.
Siempre que sea posible se utiliza la manipulacin automtica o con robots, pero cuando esto no es posible las obleas se transportan por el personal en contenedores especiales.
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Implante inico
El implantador inico utiliza un tubo acelerador de alta corriente e imanes de direccin focalizadores para bombardear la superficie de la oblea con iones de un dopante especfico. Estos iones dopantes son implantados en la capa superior de la oblea, justo debajo de la superficie, modificando la conductividad de una regin especfica.
Los equipos de implante se clasifican en los de alta corriente (corriente mayor de 3 mA) o de corriente media (menores de 3 mA)
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Para crear una regin tipo p, se implanta un ion aceptor del tipo boro (B), galio (Ga) o Iridio (Ir).
Para crear una regin tipo n, se implantan iones donadores de antimonio (Sb), arsnico (As), fsforo (P) o bismuto (Bi).
Implante inico
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Deposicin qumica por vapor
La deposicin qumica por vapor, o CVD, pertenece a esa clase de procesos que utilizan reacciones qumicas controladas para crear capas en la oblea y emplea generalmente el nitrgeno e hidrgeno como gases portadores.
Por ejemplo:
El amoniaco (NH3)y el diclorosilano (H2SiCl2) producirn una capa de nitruro de silicio (Si3N4). El silano y el oxgeno permiten obtener capas de dixido de silicio. El hexafluoruro de tungsteno (WF6) se utiliza para crear una capa de siliciuro de tungsteno
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Metalizacin (deposicin de metal)
Se utiliza para formar las capas de conduccin y se aplican dos mtodos diferentes: por evaporacin y por chisporreteo, agrupados en la categora de deposicin fsica por vapor o PVD.
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Metalizacin (deposicin de metal)
La evaporacin utiliza el calor de un filamento elctrico o de un haz de electrones y un fuerte vacio para vaporizar la fuente de metal. El material vaporizado se condensa sobre la superficie de las obleas. El chisporreteo utiliza plasma de argn que bombardea el metal fuente. Las molculas de metal desprendidas son focalizadas por una lente, llamada colimador; y se depositan en una fina pelcula sobre la superficie de la oblea.
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Ataque del metal
El ataque del metal elimina selectivamente porciones de la capa de aluminio para dejar establecidas las rutas de conexionado del dispositivo.
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Ataque del metal
La oblea es colocada en el interior de la cmara de procesamiento y recibe una carga elctrica negativa. La cmara es calentada hasta 200F (100C) y se induce un vaco de 10 militorrs, luego se llena de plasma cargado positivamente (generalmente una mezcla de nitrgeno, cloro y cloruro de boro (BCl3)). Las cargas elctricas opuestas originan que las molculas de plasma se muevan rpidamente para alinearse en direccin vertical, provocando una accin fsica y qumica del tipo choro de arena, eliminando el aluminio expuesto.
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Incineracin
Proceso que se encarga de eliminar de forma selectiva la fotoresina residual por medio de un plasma de alta temperatura sin daar las capas del dispositivo.
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Testeo y Corte en dados
Despus de aplicada la capa final de pasivado, la oblea entera pasa por una preparacin posterior, la cual afina la oblea para permitir una mejor disipacin de calor y elimina las grietas tensionales que pueden causar la rotura.
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Testeo y Corte en dados
Cada oblea terminada puede contener algunos cientos de dispositivos del mismo tipo contenidos en pequeos dados. Todos los dados son testeados de forma automtica antes de proceder a cortarlos.
El equipo de testeo utiliza unas sondas tipo agujas para hacer contacto en los pads de soldadura (puntos de conexin del circuito) de cada dispositivo y verificar su funcionamiento.
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Conexionado
Una vez separados en dados, los circuitos son montados en el cuerpo que contiene los terminales (pines).
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Conexionado
Mediante un proceso automatizado se fijan los cables ultrafinos (en torno a los 30 mm de dimetro, 1/3 del dimetro del cabello humano) entre cada pad del dispositivo y el conector (pin) del soporte.
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Encapsulado
Despus de terminada la soldadura de los cables se procede al sellado del dispositivo en un envoltorio cermico o de plstico.
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Nota:
Las imgenes y fotos fueron tomadas de Fullman Kinetics http://www.fullman-kinetics.com/semiconductors/index.html
Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26Nmero de diapositiva 27Nmero de diapositiva 28Nmero de diapositiva 29Nmero de diapositiva 30Nmero de diapositiva 31Nmero de diapositiva 32Nmero de diapositiva 33Nmero de diapositiva 34Nmero de diapositiva 35Nmero de diapositiva 36