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Grundlagen integrierter Schaltungen

Bauelemente und Mikrostrukturierung

Autor	Jan Albers
Verlag	Carl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr	2010
Seitenanzahl	238 Seiten
ISBN	9783446423688
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	23,99 EUR

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.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

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

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