Công nghệ linh kiện bán dẫn và vi điện tử

Công nghệ linh kiện bán dẫn và vi điện tử đại học bách khoa hà nội

M đ đ u

̈ Computers, palm pilots, laptops, Silicon (Si) MOSFETs, ICs, CMOS

và m i th “thông minh”

̈ Cell phones, pagers Si ICs, GaAs FETs, BJTs

̈ CD players AlGaAs và InGaP laser diodes, Si photodiodes

̈ i u khi n t xa TV, terminal l u đ ng Light emitting diodes (LED)

̈ Thi t b thu truy n hình v tinh InGaAs MMICs

̈ M ng cáp quang InGaAsP laser diodes, pin photodiodes

̈ èn hi u giao thông, đèn báo r và đèn kích th c ô tô

GaN LEDs (green, blue), InGaAsP LEDs (red, amber)

̈ Túi không khí b o v trong ô tô Si MEMs, Si Ics

3 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Ngu n g c l ch s c a công nghi p p đi đi n t

èn chân không ba c c (Triode) dùng khu ch ch đđ i tín hi u

c n thi t t đđ gi cho các thành ph n c a a đđèn không b cháy

(ô xy hóa) và đđ các c điđi n t d dàng di chuy n h n gi a các

Ngu n g c l ch s c a công nghi p p đi đi n t

th ng m

th ng m i i đ đ u tiên u tiên đ đ c ch t o b i hãng Fairchild Semiconductor t i Palo Alto, California, vào n m 1957.

5 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

ph n n điđi n trên cùng m t phi n n đđ Silic IC cùng ng đđ c phát minh m t cách ch đđ c l p b i c Robert Noyce và Jack Kilby vào n m 1959

Có nhi u lo i linh ki n bán d n – đđ u tiên là transistor, diode, điđi n

tr và t điđi n,, sau sau đđó còn có cu n c m, các linh ki n quang n quang điđi n t

và vi c (MEMS) trên b m t Silic c a cùng m t IC Các linh ki n n đđó

đ c n i v i nhau theo các s c s đđ nguyên lý nh t t đđ nh và xác c đđ nh các ch c n ng, c ng nh phng nh ph ng cng cách ho t t đđ ng c a t ng chip

M ch t h p (IC) đ c

s n xu t n m 1960 (hình trái) và đ u

nh ng n m 1990 (hình

bên ph i)

ng chip

T h p thành m ch ch đi đi n t (ti p)

Small scale integration (SSI) u nh ng n m 1960 2 t i 50

Medium scale integration (MSI) 1960s t i i đ đ u 1970s 50 t i 5000

Large scale integration (LSI) u 1970s t i cu i 1970s 5000 t i 10000 Very large scale integration (VLSI) Cu i 1970s t i cu i 1980s 10 5 t i 10 6

Ultra large scale integration (ULSI) Nh ng n m 1990 t i hi n nay >10 6

7 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Phân lo i các m ch vi ch vi đi đi n t s

Các xu h ng công ngh bán d n

Thông s chung chung đđánh giá hi u n ng c a chip (t c IC) là t c c đđ x lý

T c c đđ c a chíp s đđ c c i thi n n u các linh ki n n đđ c ch t o

t n hi u u điđi n s lan truy n trên các quãng c quãng đđ ng ng n h n M t s

n ng c i thi n vi c truy n tín hi u u điđi n qua linh ki n và các t ch c

m ch ch điđi n trên b m t chip

9 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Các xu h ng công ngh bán d n

(ti p)

nh lu t Moore: S transistor trên m t chíp s t ng g p p đôi cđôi c

11 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Các xu h ng công ngh bán d n

(ti p)

13 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

T o th i i đ n tinh thđ n tinh th Tách và mài phi n

S a a đđ u u đđ ng kính T m th c phi n

C t b ng ng đđ u th i ánh bóng

C t th i thành các phi n Ki m tra phi n

Quy trình chung ch t o IC (ti p)

15 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Si bán d n – B c t o ra Si o ra Si đa tinh thđa tinh th

S n xu t tinh th và phi n Si (ti p)

Nuôi đ n tinh th Si

Sau khi có Si Si đa tinh th đa tinh th t công ngh Siemens, Si i đ đ c nuôi thành th i i đ n đ n

nh t t đ đ t o Si o Si đ n tinh th đ n tinh th là Czochralski (CZ) và kéo vùng (float-zone).

M m đ n tinh th

Th i đ n tinh th

ng th ch anh

Bu ng làm l nh b ng n c Màn ch n nhi t

Lò nung Carbon Mâm đ graphit

Tr c đ Khay quay

i n c c lò nung

Th i đ n tinh th ng th ch anh

Th i đa tinh th Khí tr Tinh th nóng ch y

Lò cao

t n

17 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Mài và đđánh bóng phi n

M c c đ đ ích: T o o đđ ph ng c n thi t và

đo n c a c t phi n t th i i đ n tinh thđ n tinh th

B t mài

Nhi t đ

i u nhi t mâm

S n xu t tinh th và phi n Si (ti p)

̈ R a trong n c ô xy già và H2SO2 nhi t t đ đ 120 – 150 ºC trong

10 phút M c c đ đ ích: T y s ch các ch t h u c , nh t là các ch t c m

quang, bám dính trên b m t phi n.

̈ T y l p Si02 b m t b ng dung d ch HF nhi t t đ đ phòng, th i gian

̈ Lo i b các ion ki m và kim lo i khác b ng t m th c trong dung

d ch HCL-n c ô xy già nhi t đ 80 – 90 ºC, trong th i gian 10

phút.

̈ R a trong n c kh ion, v i ion, đi n tr su t không d i 18 MOhm.cm

25 ºC S y khô li tâm.

19 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

V t li u … (ti p)

Si : Chi m 85 % s phi n bán d n n đ đ c s n xu t hi n nay

Nguyên t Si M ng tinh th Si n-Si (t p ch t P, As, Sb) p-Si (t p ch t B, Al, Ga)

Các m t và h ng tinh th

Tinh th Si (100) (110) (111)

21 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

23 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

n: n ng đ electron (cm -3 ) i u ki n trung hòa đi n tích: N D + p = N A + n

p : n ng đ l tr ng (cm -3 ) nh lu t tác d ng kh i l ng tr ng thái cân b ng nhi t: np = n i 2

N D: n ng đ donor (cm -3 ) N ng đ h t t i đi n ph thu c vào (N D – N A )

N A: n ng đ acceptor (cm -3 )

linh đ

linh đ ng c a h t t i i đi đi n: (V n t c) v = ( linh linh đ đ ng) µ x (C ng ng đ đ đi đi n tr ng) E

25 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

Ch t cách ch điđi n (đi n môi)

i n môi v a a đđ c dùng làm ch t cách ch điđi n, v a có vai trò b o

hóa h c

Vi c pha t p p đđ thay thay đđ i i đđ d n n điđi n c a m t t điđi n môi là m t

Ü H ng s điđi n môi k đ c xác c đđ nh b ng công th c:

Các công c công đo đo n công ngh chính

ánh bóng c h c và hóa h c (Chemical Mechanical Polishing – CMP)

Ô xy hóa nhi t (Thermal Oxidation)Khu ch tán (Diffusion)

C y i ôn (Ion Implantation)

L ng đ ng v t lý t pha h i (Physical Vapor Deposition –PVD)

L ng đ ng hóa h c t pha h i (Chemical Vapor Deposition –CVD) và nuôi màng epitaxy (Epitaxial Growth)

27 1/7/2006 i h c Bách khoa Hà N i

M i góp ý, b sung xin g i đ n:

Dr Le Tuan Hanoi University of Technology Institute of Engineering Physics Dept of Electronic Materials

2 nd Floor, C9 Building

1 Dai Co Viet Str., Hanoi, Vietnam

Mobile: 0912 560 536 E-mail: le.tuan@vnn.vn