Silicon Technology

1) Proprietà chimiche alla base del successo del sistema Si – SiO₂ :

a)       Utilizzando acido idrofluorico si può dissolvere il diossido di silicio e lasciare intatto il silicio

b)       Il diossido di silicio può essere utilizzato per schermare un cristallo di silicio dagli atomi ionizzanti bombardati

 

2) Processo planare :

La produzione del circuito integrato avviene attraverso i seguenti passi :

a)       Creazione del polisilicio

Diossido di silicio e Carbonio vengono scaldati a 2000°C in un forno, si ottiene del silicio puro al 90% , esso viene poi convertito in triclorosilano che poi viene distillato ottenendo silicio allo stato solido detto polisilicio in quanto costituito da piccoli cristalli con orientazione randomica.

b)       Produzione di un singolo cristallo avente diametro di circa 10cm

b1) Tecnica di Czochralski

Il polisilicio viene portato ad una temperatura di 1412°C corrispondente al punto di fusione del silicio, dopodiché un seme di silicio con la orientazione voluta viene immesso ruotando nella fusione mentre il crogiuolo ruota nella direzione opposta, il cristallo viene poco alla volta estratto dalla fusione, e si raffredda creando un cilindro di semiconduttore puro e correttamente orientato.

b2) Tecnica di Float Zone

Il cilindro di polisilicio viene fatto ruotare e riscaldato con una sorgente RF a partire dal basso dove c´è il seme per poi salire verso la alto.

c)       Produzione del Wafer

Dopo che si è creato il cristallo singolo esso viene affettato mediante diamante creando delle fette dette wafer

d)       Ossidazione del wafer

Il silicio viene ossidato in maniera che possa essere schermato laddove non si desidera sia drogato, i metodi per ossidarlo sono i seguenti :

d1) Ossidazione termica

Il wafer viene posto in un tubo di quarzo posto all´interno di un forno che produce una temperatura compresa tra 850°C e 1000°C , nel tubo viene soffiato ossigeno

d2) Deposizione

Si ha che ossigeno e silicio vengono convogliati sulla superficie del wafer e reagiscono li

per aumentare la velocità della ossidazione si può aumentare la temperatura o la pressione

e)       Litografia

Dopo che il wafer è stato ossidato occorre togliere l´ossido dalle regioni che debbono essere drogate, a tal fine si ricopre il wafer con un polimero chiamato Resist e su di esso si pone una maschera allineata tramite il microscopio, nel caso di un resist positivo, le aree non mascherate subiranno la attacco dei raggi ultravioletti i quali rompono i legami tra le molecole e quindi si dissolve utilizzando un solvente. A questo punto le regioni non protette dal resist vengono disciolte in acido HF il quale elimina l´ossido riportando alla luce il silicio in quelle zone in cui deve subire il drogaggio.

f)        Drogaggio

Prima avviene l´impiantazione degli ioni che consiste nel bombardamento delle aree scoperte del wafer con degli ioni accelerati da un campo elettrico compreso tra i 25keV ed i 200keV gli ioni in tal modo penetrano per 1mm nel silicio alterando pesantemente la struttura regolare dello stesso che però viene ripristinata mediante un riscaldamento a 1000°C che consente la diffusione degli ioni.

g)       CVD

Si tratta di una procedura che consente di creare degli strati di silicio o di isolante sopra al wafer il quale viene posto all´interno di un forno riscaldato a 1000°C mediante RF nel quale viene soffiato un gas SiCL₄ che si decompone sulla superficie del wafer creando lo strato desiderato, il processo è detto epitassiale ed è capace di creare uno strato con drogaggio minore del sottostante oppure per particolari applicazioni si può depositare uno strato di ossido o polisilicio.

h)       Metallizzazione

Occorre prima rimuovere l´ossido di silicio dai punti in cui si richiede il contatto metallico con il silicio, dopodiché si deposita uno strato di alluminio vaporizzando una sorgente solida mediante Electron-Beam oppure Sputtering. Lo strato di alluminio viene quindi eliminato laddove non sia richiesto mediante fotolitografia ed infine il wafer viene posto in un forno a 450°C dove avviene la fusione della alluminio sul silicio garantendo un buon contatto ohmmico.

i)         Testing ed impacchettamento

Si effettua prima un test preliminare sul wafer dopodiché esso è suddiviso in chips il cui retro è fissato all´involucro ed i contatti metallizzati vengono collegati ai piedini dopodiché il chip viene isolato con plastica, metallo o ceramica.

 

3) Litografia con particelle cariche :

a)       Elettronica

Si ha una sorgente di elettroni che genera un fascio avente diametro molto piccolo, essa va ad incidere un Resist elettronico che funge da maschera, tuttavia nel Resist per via della diffusione si forma come una pera la quale risulta ottima in quanto il metallo che viene successivamente depositato non arriva a contatto col Resist che altrimenti quando viene eliminato si porterebbe via anche il metallo a contatto.

Il procedimento è molto lento in quanto il computer deve guidare il fascio elettronico ed eliminare il Resist punto per punto, tuttavia la precisione che si ottiene è molto elevata e consente appunto di realizzare maschere che poi vengono utilizzate nella fotolitografia .

b) ionica

 

4) Litografia Tunnelling :

Si realizza mediante una punta di tungsteno che viene posta ad una distanza di circa 10A° dal Resist , per effetto Tunnell scorre una corrente che incide il Resist. È una tecnologia molto precisa ma lenta.

 

5) Realizzazione dei contatti ohmici verso i piedini esterni :

a)       saldatura termica

Si ha un becco nel quale scorre il filo metallico avvolto su di un rocchetto, tramite una fiammella di ossigeno si crea una pallina la quale poi viene schiacciata sul die portato alla temperatura di 400°C , successivamente il becco si sposta sul piedino e realizza la altra connessione.

b)       saldatura ad ultrasuoni

Si mette a contatto il becco con la piazzola dopodiché iniziano gli ultrasuoni (100kHz) i quali fanno uscire la aria dallo spazio compreso tra le due superfici, si viene così a creare un ottimo contatto.