Albers Grundlagen integrierter Schaltungen

Bauelemente und Mikrostrukturierung
2. Auflage 2010
ISBN: 978-3-446-42368-8
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 238 Seiten

Dieses Buch stellt den sehr umfangreichen und komplizierten Herstellungsprozess für integrierte, elektronische Schaltungen verständlich und umfassend dar. Dabei wurde auf eine möglichst einfache Beschreibung der physikalischen und chemischen Prozesse Wert gelegt, sodass sich Studenten und Ingenieure mit Hilfe dieses Buches schnell in das Thema einarbeiten können. Jedes Kapitel enthält Aufgaben, die dazugehörigen Lösungen findet man auf der Homepage des Autors.

Autoren/Hrsg.

Albers, Jan

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;1 Elektronische Schaltungen und Mikrosysteme;12
3.1;1.1 Die Entwicklung integrierter Schaltungen;12
3.2;1.2 Produktion von ICs;15
3.3;1.3 Strukturgröße und Yield;18
3.4;1.4 Mikrosysteme;21
4;2 Integrierte elektronische Bauteile;23
4.1;2.1 Die elektrische Leitfähigkeit;23
4.1.1;2.1.1 Das Bohrsche Atommodell;23
4.1.2;2.1.2 Das quantenmechanische Orbitalmodell;25
4.1.3;2.1.3 Das Bändermodell für Festkörper;27
4.1.4;2.1.4 Strom, Spannung und Widerstand;29
4.1.5;2.1.5 Die elektrische Leitfähigkeit bei Leiter und Nichtleiter;30
4.1.6;2.1.6 Eigenleitung bei Halbleitern;31
4.1.7;2.1.7 Dotierte Halbleiter;32
4.2;2.2 Die Diode;34
4.2.1;2.2.1 Der pn-Übergang;34
4.2.2;2.2.2 Die Diodenkennlinie;36
4.2.3;2.2.3 Aufbau einer Diode;38
4.3;2.3 Der ohmsche Widerstand;39
4.3.1;2.3.1 Der spezifische Widerstand;39
4.3.2;2.3.2 Der Polywiderstand;40
4.3.3;2.3.3 Der Aktivgebietswiderstand;41
4.4;2.4 Der Kondensator;42
4.4.1;2.4.1 Die Kapazität;42
4.4.2;2.4.2 Der Aufbau eines MOS-Kondensators;43
4.5;2.5 Der Bipolar-Transistor;44
4.5.1;2.5.1 Funktion und Emitterschaltung;45
4.5.2;2.5.2 Aufbau eines npn-Transistors;47
4.6;2.6 Der MOS-Transistor;48
4.6.1;2.6.1 Aufbau und Funktion;48
4.6.2;2.6.2 Kurzkanal-Effekte;52
4.6.3;2.6.3 Parasitäre Feldtransistoren;55
4.7;2.7 Der CMOS-Inverter;56
4.7.1;2.7.1 Die CMOS-Technologie;56
4.7.2;2.7.2 Der Inverter;57
4.7.3;2.7.3 Der Latchup-Effekt;57
4.8;2.8 Speicherbauteile;58
4.8.1;2.8.1 RAM-Speicher;58
4.8.2;2.8.2 ROM-Speicher;60
5;3 Reinraumtechnik;62
5.1;3.1 Verunreinigungen;62
5.1.1;3.1.1 Partikulare Verunreinigungen;62
5.1.2;3.1.2 AMC-Verunreinigungen;64
5.1.3;3.1.3 Elektrostatische Aufladungen;65
5.2;3.2 Der Reinraum;65
5.2.1;3.2.1 Aufbau des Reinraumes und Reinraumklassen;65
5.2.2;3.2.2 Turbulente Durchmischung und Laminar Flow;67
5.3;3.3 Der Mensch im Reinraum;68
6;4 Siliziumwafer;70
6.1;4.1 Halbleitermaterialien;70
6.2;4.2 Herstellung des Reinstsiliziums (Trichlorsilan-Prozess);71
6.3;4.3 Einkristallines Silizium;74
6.3.1;4.3.1 Siliziumkristallstruktur und die Oberfläche;74
6.3.2;4.3.2 Das Czochralski-Verfahren;77
6.3.3;4.3.3 Das Zonenzieh-Verfahren;79
6.3.4;4.3.4 Kristallfehler;80
6.4;4.4 Endfertigung des Wafers;81
7;5 Herstellung dünner Schichten;84
7.1;5.1 Thermische Oxidation;85
7.1.1;5.1.1 Die Oxidation von Siliziumoberflächen;85
7.1.2;5.1.2 Trockene und feuchte Oxidation;87
7.1.3;5.1.3 Einflüsse auf die Oxidationsrate;88
7.1.4;5.1.4 Eigenschaften und Einsatz der Oxidschichten;89
7.1.5;5.1.5 Segregation;92
7.1.6;5.1.6 Oxidationsöfen;92
7.2;5.2 Chemische Gasphasendeposition (CVD);95
7.2.1;5.2.1 Grundlagen der Deposition;95
7.2.2;5.2.2 Wachstumsgeschwindigkeit, Strukturzonenmodell und Konformität;96
7.2.3;5.2.3 APCVD-Verfahren (Epitaxie);98
7.2.4;5.2.4 LPCVD-Verfahren;100
7.2.5;5.2.5 PECVD-Verfahren;103
7.2.6;5.2.6 Niederdruckplasma im Parallelplattenreaktor;104
7.3;5.3 Physikalische Gasphasendeposition (PVD);107
7.3.1;5.3.1 Aufdampfen;107
7.3.2;5.3.2 Sputtern;108
7.4;5.4 Messung von Schichtdicken;110
7.4.1;5.4.1 Spektralphotometrische Schichtdickenmessung;110
7.4.2;5.4.2 Ellipsometer;111
8;6 Fotolithographie;113
8.1;6.1 Mikrostrukturtechniken;113
8.2;6.2 Belichtungsverfahren;115
8.2.1;6.2.1 Kontakt- und Abstandsbelichtung;115
8.2.2;6.2.2 Die Projektionsbelichtung;117
8.3;6.3 Auflösungsvermögen der Projektionsbelichtung;120
8.3.1;6.3.1 Die Lichtbeugung;120
8.3.2;6.3.2 Das Rayleigh-Kriterium und die Schärfentiefe;122
8.4;6.4 Die Masken;125
8.4.1;6.4.1 Elektronenstrahllithographie;125
8.4.2;6.4.2 Mastermasken und Reticles;126
8.4.3;6.4.3 Phasenschiebe-Masken;127
8.5;6.5 Der Fotolack;128
8.5.1;6.5.1 Die chemische Reaktion bei der Belichtung und Entwicklung;128
8.5.2;6.5.2 Mehrschichtlacktechnik;130
8.5.3;6.5.3 Die Schleuderbeschichtung;131
8.5.4;6.5.4 Entwicklung und Lackhärtung;133
9;7 Ätzprozesse;135
9.1;7.1 Waferreinigung;135
9.1.1;7.1.1 Reinigungsprozesse;135
9.1.2;7.1.2 Spülen und Trocknen der Wafer;138
9.1.3;7.1.3 Reinigungsanlagen;139
9.2;7.2 Nasschemisches Ätzen;140
9.2.1;7.2.1 Ätzrate und Selektivität;140
9.2.2;7.2.2 Isotropie und Ätzprofil;141
9.2.3;7.2.3 Angewandte Nassätzprozesse;143
9.2.4;7.2.4 Nasschemische Ätzanlagen;144
9.3;7.3 Trockene Ätzprozesse;145
9.3.1;7.3.1 Plasmaätzen;145
9.3.2;7.3.2 Sputterätzen;147
9.3.3;7.3.3 Reaktives Ionenätzen;150
9.4;7.4 Messtechnik;155
9.4.1;7.4.1 Endpunktdetektion;155
9.4.2;7.4.2 Messung von Strukturbreiten;155
9.4.3;7.4.3 Kontaktwinkelmessung;156
10;8 Dotierung;157
10.1;8.1 Das Legierungsverfahren;157
10.2;8.2 Das Diffusionsverfahren;158
10.2.1;8.2.1 Thermische Diffusion;158
10.2.2;8.2.2 Technische Diffusionsverfahren;160
10.3;8.3 Die Ionenimplantation;163
10.3.1;8.3.1 Reichweite der Ionen (Channeling);164
10.3.2;8.3.2 Strahlenschäden und Aktivierung;167
10.3.3;8.3.3 Ionendosis;169
10.3.4;8.3.4 Aufbau des Ionenimplanters;170
10.4;8.4 Messung der Dotierung;172
11;9 Prozessintegration;173
11.1;9.1 LOCOS-Prozess;173
11.1.1;9.1.1 Historische Entwicklung;173
11.1.2;9.1.2 Prozessablauf;175
11.2;9.2 Metallisierung;186
11.2.1;9.2.1 Grenzfläche Silizium/Aluminium;187
11.2.2;9.2.2 Mehrlagenverdrahtung und Kontaktlöcher;190
11.2.3;9.2.3 Planarisierung;191
11.2.4;9.2.4 Korrosion und Elektromigration;193
11.2.5;9.2.5 Der Metallisierungsprozess;195
11.3;9.3 SOI-Technologie;199
11.3.1;9.3.1 Vorteile der SOI-Technik;199
11.3.2;9.3.2 Herstellung der SOI-Wafer;200
11.3.3;9.3.3 Der Trench-Prozess;202
11.4;9.4 Parametertest;204
11.4.1;9.4.1 Die Teststruktur und DUT-Board;204
11.4.2;9.4.2 Die Probecard;206
11.4.3;9.4.3 Der Waferprober;207
12;10 Aufbau- und Verbindungstechnik;209
12.1;10.1 Einhäusen integrierter Schaltungen;209
12.1.1;10.1.1 Assembly und Backend;209
12.1.2;10.1.2 Backgrinden und Sägen;210
12.1.3;10.1.3 Die-Bonding;212
12.1.4;10.1.4 Draht-Bonding;213
12.1.5;10.1.5 Molding;215
12.2;10.2 Das IC-Gehäuse;216
12.2.1;10.2.1 Gehäusetypen;216
12.2.2;10.2.2 Eigenschaften der Kunststoffgehäuse;218
12.3;10.3 Montage ungehäuster Bauelemente;219
13;11 Qualität integrierter Schaltungen;221
13.1;11.1 Funktionsfähigkeit;221
13.1.1;11.1.1 Ausfallmechanismen;221
13.1.2;11.1.2 Der Funktionstest;222
13.1.3;11.1.3 Handler;224
13.2;11.2 Zuverlässigkeit;226
13.2.1;11.2.1 Zuverlässigkeit und Ausfallrate;226
13.2.2;11.2.2 Der Burn-In-Prozess;228
14;Literaturverzeichnis;229
15;Sachwortverzeichnis;230

Über Autor(innen)

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