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 |