Gépészet | Gépgyártástechnológia » Technológiai alapismeretek

TECHNOLÓGIAI ALAPISMERETEK 1.) A CMOS eszközök előállításának folyamatának leírása metszeteken: • megtervezzük az áramköröket és fizikai elrendezésüket; • megrajzoljuk a sematikus tervet nagy méretben, majd lekicsinyítjük; • meghatározott ohm/cm fajlagos ellenállású egykristály felületén SiO 2 réteget állítunk elő (1. sz ábra);  SiO2 1. sz ábra  N tip Si     fotolitográfiai művelettel a korábban elkészített tervrajz szerint az SiO 2 rétegben ablakokat nyitunk a P-csatornás eszköz source-e és drain-e, valamint az N-csatornás eszköz szigetelője számára, majd diffúzióval előállítjuk a P tartományokat (2. sz ábra); • SEARCH DRAIN P+ szigetelő P+ P 2. sz ábra   N    újabb SiO 2 réteget állítunk elő a nyitott ablakok zárására (3. sz ábra); • P+ P+ P  • N 3. sz ábra     újabb fotolitográfiai művelettel a tervrajznak megfelelően

az N-csatornás eszköz szigetelőjén lévő oxidrétegben ablakokat nyitunk a drain és a source számára, majd diffúzióval előállítjuk az N tartományokat (4. sz ábra); 2/5 S D P+  SEARCH P+ N+ P DRAIN N+ 4. sz ábra  N    oxidréteget állítunk elő az ablakok bezárására (5. sz ábra); • P+ P+ N+ P N+   N   a csatornákat körülvevő oxidrétegben ablakot nyitunk (6. sz ábra); • P+   P+ N+ P N+ 6. sz ábra  N    meghatározott vastagságú SiO 2 réteget növesztünk, amely a vezérlők alatti szigetelőrészeket és a két eszköz közötti részt képezi az elkészüléskor (7. sz ábra); • P+ P+ N+ P N+ 7. sz ábra   N • 5. sz ábra    a tervrajznak megfelelően fotolitográfiai művelettel ablakokat nyitunk a P- és az Ncsatornás eszköz kontaktusai számára (8. sz ábra); 3/5 P+  P+ N+ 8. sz ábra  N   

fémgőzöléssel fémmel vonjuk be a teljes felületet (9. sz ábra); • P+  N+ P P+ N+ P N+ 9. sz ábra  N    szintén a tervrajznak megfelelően részleges fémeltávolítást végzünk a feleslegessé vált fémfelületek eltávolítása érdekében mind a P-, mind pedig az N-csatornás eszköz drain-e, source-e és gate-e részére, és végül elkészítjük ezek kivezetéseit (10. sz ábra); • D  G P+ S  D  P+ G N+ P S  N+ 10. sz ábra  •  N    az eszköz felhasználását megelőzően szeletelési, ellenőrzési (e műveletet az előállítási folyamat lépései között is végezzük), tokozási és szerelési műveleteket végzünk. Melyek során előáll a készülékekhez felhasználható, minőségileg osztályozott alkatrész. 2.) CMOS struktúra: struktúra: 3 1 2 rajzjele: 6 4 5 4/5 D  G P+ S  D  P+ N+ P G S  3 1 N+   N   2 6  4 5 3.)

CMOS struktúra tulajdonságai: Tulajdonságok: - a felületegységekre elhelyezhető elemek száma nagyobb a bipolárissal szemben; egyszerű az alaptechnológia; kb. egy nagyságrenddel nagyobb az elemsűrűség; tizedére csökkentek a fajlagos költségek; számottevően lecsökkentek a szerelési költségek; csökken a rendszer teljesítményfelvétele; nincs maradékfeszültség bekapcsolt állapotban; csökken a tokok mérete; nincs hőmegfutás, nagyobb a termelékenység (pl. nincs szükség szigetelési diffúzióra); előállításához három maszkolt adalékanyag-beviteli technológiai lépés szükséges (a bipolárisnál négy); területigénye lényegesen kisebb, mint a bipoláris áramköröké; kis teljesítmény-disszipáció (hővéalakítási veszteség); viszonylag nagy frekvencia; zajérzéketlenség; nem érzékeny a feszültségingadozásra; nagy terhelhetőség („fan out”). 4.) A mikroelektronika eredményei alkatrész és készülék szinten:

Eredmények: 5/5 A mikroelektronikai eredményeknek köszönhető, hogy mára a mikroszámítógépek az ember társává váltak a munkában, tanulásban, szórakozásban. A számítógépek a tudományos munka „termelő eszközei”-vé is váltak. Az alkatrészek néhány száz mm2 nagyságú szilícium egykristályból kivágott lapkában egyetlen technológiai folyamattal készülnek el. Az integrált áramkörök előállításának ára nagyságrendekkel csökkent. Ugyanakkor a műszaki paraméterek: megbízhatóság, teljesítményfelvétel, méret nagyságrendekkel javult. A mikroszámítógépek bejutottak a legtöbb munkahelyre, iskolába, otthonba. Segítségükkel megszabadult az ember a nehéz fizikai és monoton szellemi munkától. Ezáltal szabaddá vált olyan formán, hogy munkaidejének nagy részét alkotó munkára tudja fordítani. A félvezető eszközök atomfizikai, kristályfizikai stb. elvekre alapuló konstrukciójának és az előállítási

technológiának példátlanul gyors és interaktív fejlődése lehetővé tette az áramköri elemek összeintegrálását, vagyis az integrált áramkörök (IC-k) elkészítését és az integráltsági fok fokozatos növelését. Ezzel az egy piciny szilicium egykristálydarabban, a „chip”-ben elhelyezett alkatrészek száma nagyságrendekkel növelhetővé vált. Ez a fejlődés vezetett oda, hogy a többek között nagykapacitású, gyors és fajlagosan egyre olcsóbb tárolók kerültek a felhasználók, a számítógép konstruktőrök kezébe. A chipek egyre bonyolultabbá válnak, amel mellett a chipméret növekedik és a geometriai méretek csökkennek. A méretek csökkenése miatt egyre növekszik a funkcionális egységek teljesítménye, amit a chipenkénti bit-számmal vagy az 1 cm2-en elhelyezett tranzisztorok számával mérnek. Ez maga után vonja a bemenetek/kimenetek számának, a chipek méretének, az alapanyag, a szilícium egykrisály-szelet

átmérőjének, a fémezési/huzalozási szintek és a maszkolási lépések számának, azaz a fotolitográfiai műveletek számának megnövelését is. Elvárás az áramkörök sebességének további növelése, hosszú távú megbízhatósága, a teljesítményfelvétel csökkentése, amely utóbbi a tápfeszültség további csökkentésével is párosul. Folyamatosan megfigyelhető a gazdaságosság, az egyre magasabb szintű működés. A gyártásközi ellenőrzésnek (hibahelysűrűség meghatározás, töltéshordozó-élettartammérés, rétegellenállás, alakzatméret-ellenőrzés és hasonló mérések) köszönhető a megbízhatóság mind a készülékek, mind pedig az alkatrészek tekintetében. *