Εισαγωγή Σε Ολοκληρωµένα Κυκλώµατα (Microchips) Αναλογικά ή Ψηφιακά Κυκλώµατα;

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εισαγωγή Σε Ολοκληρωµένα Κυκλώµατα (Microchips) Αναλογικά ή Ψηφιακά Κυκλώµατα;"

Ουρανία Αλιβιζάτος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εισαγωγή Σε Ολοκληρωµένα Κυκλώµατα (Microchips) ρ. Ιούλιος Γεωργίου Further Reading Texts: Design of Analog CMOS Integrated Circuits Behzad Razavi Microelectronic Circuits, Sedra & Smith Αναλογικά ή Ψηφιακά Κυκλώµατα; Αρνητικές Προβλέψεις ~ 1980 Ψηφιακά κυκλώµατα διαδίδονται ραγδαία Όµως... Στη φύση όλα τα σήµατα είναι αναλογικά... Π.χ. Ο ήχος, ο σεισµογράφος, τα ραδιοκύµατα, ηθερµοκρασία.. κ.α. Copyrighted Images reproduced with kind permission of The McGraw-Hill Companies, Inc. 2 1

Sedra & Smith Αναλογικά ή Ψηφιακά Κυκλώµατα; Αρνητικές Προβλέψεις ~ 1980 Ψηφιακά κυκλώµατα διαδίδονται ραγδαία Όµως.

2 Καθηµερινά Παραδείγµατα Στα όρια, τα ψηφιακά σήµατα αρχίζουν να µοιάζουν µε αναλογικά Copyrighted Images reproduced with kind permission of The McGraw-Hill Companies, Inc. 3 Γιατί Ολοκληρωµένα Κυκλώµατα; Εξοικονόµηση χώρου 10,000,000 στοιχεία σε ένα τσιπ Εξοικονόµηση ισχύος Φορητές συσκευές π.χ. Τηλέφωνα Χαµηλότερο κόστος παραγωγής Πιο ταχύ στοιχεία & συστήµατα! Αξιοπιστία! 4 2

3 Γιατί Ολοκληρωµένα Κυκλώµατα; Εξοικονόµηση χώρου 10,000,000 στοιχεία σε ένα τσιπ

3 Τι στοιχεία βρίσκονται σε Ολοκληρωµένα Κυκλώµατα; Αντιστάσεις Τρανζίστορ Σύρµατα ίοδοι Πυκνωτές Copyrighted Images reproduced with kind permission of The McGraw-Hill Companies, Inc. 5 Επίπεδα Απεικόνισης Ηλεκτρονικών Copyrighted Images reproduced with kind permission of The McGraw-Hill Companies, Inc. 6 3

4 Τεχνολογία Κατασκευής Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων Si SiO 2 7 Προετοιµασία του ίσκου (Wafer) Κόκκος καθαρού κρυστάλλου Si αναρτάται σε δοχείο µε λιωµένο Si Τραβιέται σιγά σιγά ενώ περιστρέφεται Λειαινάρεται στη σωστή διάµετρο Τεµαχίζεται κύλινδρος Si (ενός κρυστάλλου) 10-30cm διάµετρο Wafer ~ µm πάχους Νόθευση (doping) 8 4

σιγά σιγά ενώ περιστρέφεται Λειαινάρεται στη σωστή διάµετρο Τεµαχίζεται κύλινδρος

5 Οξείδωση Χηµική διαδικασία: Si + O 2 SiO ~1200 C (ξηρό Ο 2 ηυδρατµός Η 2 Ο) SiO 2 είναι µονωτικό (10 7 V/cm) Προστατεύει από ακαθαρσίες Προστατεύει υπόστρωµααπόνοθεύσεις Κατασκευή πυκνωτών 9 ιάχυση ιάχυση είναι η διαδικασία µε την οποία τα άτοµα κινούνται µέσα στο κρυσταλλικό πλέγµα Σχετίζεται µε ελεγχόµενες νοθεύσεις Βόριο (Β) 3η Οµάδα τύπου-p νόθευση Φωσφόρος (P) 5η Οµάδα τύπου-n νόθευση Αρσενικό (As) 5η Οµάδα τύπου-n νόθευση Ρυθµός διάχυσης σχετίζεται µε θερµοκρασία ( C) Πυκνότητα της νόθευσης 10 5

µέσα στο κρυσταλλικό πλέγµα Σχετίζεται µε ελεγχόµενες νοθεύσεις Βόριο (Β) 3η Οµάδα τύπου-p νόθευση Φωσφόρος (P) 5η Οµάδα τύπου-n

6 Εµφύτευση Ιόντων Παραγωγή Ιόντων Επιτάχυνση µε πεδίο Σε θερµοκρασίες δωµατίου Βάθος => ενέργεια δέσµης Πλήθος => ρεύµα δέσµης Ακριβέστερη µέθοδος από διάχυση 11 Χηµική Εναπόθεση Αναθυµιάσεων (Chemical Vapor Deposition) CVD είναι η διαδικασία µε την οποία αέρια η αναθυµιάσεις αντιδρούν χηµικά, µε αποτέλεσµα τηδηµιουργία ενός στερεού στρώµατος πάνω σε υπόστρωµα Π.χ. SiO 2 Si 3 N 4 Πολυκρυσταλλικό Πυρίτιο 12 6

Vapor Deposition) CVD είναι η διαδικασία µε την οποία αέρια η αναθυµιάσεις αντιδρούν χηµικά, µε

7 Φωτολιθογραφία µάσκα από γυαλί και χρώµιο Σµίκρυνση σχεδίου Φωτοευαίσθητο στρώµα σε όλη τη επιφάνεια Εκτίθεται σε χηµικά που χαράσσουν ευαίσθητες περιοχές 13 Επιµετάλλωση Επιτρέπει την διασύνδεση των στοιχείων Αλουµίνιο (Al) ή πιο πρόσφατα Χαλκός (Cu), Βολφράµιο (W) Τοποθετείται σε όλη την επιφάνεια µε εξάτµιση και εναπόθεση Αφαιρείται επιλεκτικά από εκεί που δεν χρειάζεται µε φωτολιθογραφία 14 7

διασύνδεση των στοιχείων Αλουµίνιο (Al) ή πιο πρόσφατα Χαλκός (Cu), Βολφράµιο (W) Τοποθετείται σε

8 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Με CVP τοποθετείται µονωτικό στρώµα SiO 2 (κίτρινο) σε όλο τον δίσκο που είναι ελαφρός θετικού τύπου (p-) Τοποθετείται στρώµα φωτοαντιδραστικό υλικό, ευαίσθητο σε υπεριώδεις ακτίνες 15 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Ηπρώτη µάσκα τοποθετείται από πάνω και εκτίθεται σε υπεριώδεις ακτίνες. Περιοχές που εκτέθηκαν σκληραίνουν ενώ οι άλλες µένουν µαλακές (negative photo resist) Οι µαλακές περιοχές φωτοαντιδραστικού υλικού διαβρώνονται όταν πλένονται µε διαλυτή 16 8

NMOS Ηπρώτη µάσκα τοποθετείται από πάνω και εκτίθεται σε υπεριώδεις ακτίνες.

9 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS SiΟ 2 Το εκτεθειµένο στρώµα SiΟ 2 διαβρώνεται µε χηµικά αέρια, αφήνοντας µόνο ένα λεπτό στρώµα για µόνωση Το σκληρό φωτοαντιδραστικό υλικό αφαιρείται µε ειδικό διαλυτή 17 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο Εναποθέτεται στρώµα πολυκρυσταλλικού πυρίτιου σε όλη την επιφάνεια (Αυτό είναι το υλικό της πύλης) Τοποθετείται το δεύτερο στρώµα φωτοαντιδραστικού υλικού. 18 9

Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Πολυκρυσταλλικό πυρίτιο Εναποθέτεται στρώµα πολυκρυσταλλικού πυρίτιου σε

10 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Ηδεύτερη µάσκα τοποθετείται από πάνω και εκτίθεται σε υπεριώδεις ακτίνες. Περιοχές που δεν εκτέθηκαν µένουν µαλακές ενώ οι άλλες σκληραίνουν Οι µαλακές περιοχές φωτοαντιδραστικού υλικού αφαιρούνται όταν πλένονται µε διαλυτή 19 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Αφαιρείται µε «φρέζα ιόντος» (ion mill) το εκτεθειµένο πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και ένα λεπτό στρώµα SiΟ 2. Το σκληρό φωτοαντιδραστικό υλικό αφαιρείται µε ειδικό διαλυτή 20 10

αφαιρούνται όταν πλένονται µε διαλυτή 19 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Αφαιρείται µε «φρέζα ιόντος» (ion mill) το

11 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS ιάχυση Φωσφόρου δηµιουργεί πηγάδι (πράσινο) αρνητικού τύπου (n + ) Τοποθετείται δεύτερο µονωτικό στρώµα SiO 2 (κίτρινο) σε όλο τον δίσκο 21 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Τοποθετείται το τριτο στρώµα φωτοαντιδραστικού υλικού, για να διευκρινιστεί που θα µπουν οι οπές διασύνδεσης (vias) για πρόσβαση στη πύλη και στα πηγάδια Η τρίτη µάσκα τοποθετείται από πάνω και εκτίθεται σε υπεριώδεις ακτίνες. Περιοχές που δεν εκτέθηκαν µένουν µαλακές ενώ οι άλλες σκληραίνουν 22 11

φωτοαντιδραστικού υλικού, για να διευκρινιστεί που θα µπουν οι οπές διασύνδεσης (vias) για πρόσβαση στη πύλη και στα

12 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Οι µαλακές περιοχές φωτοαντιδραστικού υλικού αφαιρούνται όταν πλένονται µε διαλυτή Αφαιρείται µε «φρέζα ιόντος» (ion mill) το εκτεθειµενο SiΟ 2 και λεπτό στρώµα και δηµιουργεί πρόσβαση στη πύλη και στα πηγάδια 23 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Το σκληρό φωτοαντιδραστικό υλικό αφαιρείται µε ειδικό διαλυτή Γίνεται επιµετάλλωση του δίσκου που γεµίζει τις οπές και καλύπτει όλη την επιφάνεια

πρόσβαση στη πύλη και στα πηγάδια 23 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Το σκληρό φωτοαντιδραστικό υλικό

13 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Τοποθετείται το τέταρτο στρώµα φωτοαντιδραστικού υλικού, για να αφαιρεθεί επιλεκτικά από περιοχές το µέταλλο Ητέταρτη µάσκα τοποθετείται από πάνω και εκτίθεται σε υπεριώδεις ακτίνες. Περιοχές που δεν εκτέθηκαν µένουν µαλακές ενώ οι άλλες σκληραίνουν 25 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Οι µαλακές περιοχές φωτοαντιδραστικού υλικού αφαιρούνται όταν πλένονται µε διαλυτή ιαβρώνεται το εκτεθειµένο µέταλλο µε εδικό διαλυτή (ph 1) που δεν επηρεάζει τα υπόλοιπα υλικά 26 13

Περιοχές που δεν εκτέθηκαν µένουν µαλακές ενώ οι άλλες σκληραίνουν 25 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS Οι µαλακές περιοχές

14 Κατασκευή MOSFET τύπου NMOS 27 Τεµαχισµός δίσκου Wafer Dicing 28 14

15 Συσκευασία Tων Tεµαχίων Chip packaging 29 Συσκευασία Tων Tεµαχίων Chip packaging 30 15

16 Ποία είναι η ιαδικασία Σχεδιασµού Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων; Ορισµός Προδιαγραφών Σχεδιασµός Σχηµατική αναπαράσταση Προσοµοίωση Παραγωγή Μασκών (MPW) Σχεδιασµός εξειδικευµένης πλακέτας έλεγχου Όχι Επιτυχής Αναθεώρηση Σχεδίου; Ναι Κατασκευή Χυτήριο Ηµιαγωγών Τεµαχισµός ίσκου οκιµή και Μετρήσεις Φυσικό Σχέδιο LVS/DRC Εξαγωγή Europractice Όχι Επιτυχής Αναθεώρηση Σχεδίου; Αξιολόγηση Λειτουργική Παραµετρικά Όρια Μαζική κατασκευή Ναι 31 16

Αναθεώρηση Σχεδίου; Ναι Κατασκευή Χυτήριο Ηµιαγωγών Τεµαχισµός ίσκου οκιµή και Μετρήσεις Φυσικό Σχέδιο

Σχετικά έγγραφα

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ: Τεχνολογία Κατασκευής Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ: Τεχνολογία Κατασκευής Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων Required Text: Microelectronic Devices, Keith Leaver (6 th Chapter) Τεχνολογία Κατασκευής Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων Si SiO 2