Câu 1:  Các điều kiện để chế tạo IC

1)Vị trí nhà xưởng,phòng thí nghiệm:

Nhà xưởng sản xuất và phòng thí nghiệm liên hoàn dặt ở nơi thích hợp,ko khí ít bụi,ở ngoại ô hoặc tương đối xa thành phố

Nhà xưởng chia ra thành nhiều phòng cấp độ sạch khác nhau

2)Hệ thống cung cấp nước:

-Bao gồm hệ thống nước sạch và đặc biệt là hệ thống nước khử ion liên hoàn từ trung tâm

đến các phòng thí nghiệm chế tạo chip theo tiêu chuẩn

-Nước được khử sạch ion,lọc bẩn làm sao điện trở suất đạt18MΩ.cm.Có như vậy khi rửa và xử lý các phiến bán dẫn và các chip sau các khâu công nghệ thì các kim loại nặng,tạp bẩn không bám vào bề mặt phiến bán dẫn gây sai hỏng.

-Nước được xử lý qua các khâu sau:

Cho lọc qua cát.

Lọc bằng cacbon hoạt tính.

Lọc bỏ các hạt có kích thước lớn hơn 3µm.

Làm mềm nước. Thẩm thấu ngược. Chiếu tia cực tím. Trao đổi ion.

Lọc bỏ các hạt co kích thước lớn hơn 0,2µm.

3)Hệ thống cung cấp khí:

Hệ thống máy nén,hệ thống lọc, không khí được lọc sạch công phu một phần được dẫn

vào phòng thí nghiệm dùng để thổi sạch các dụng cụ thí nghiệm,thổi khô mẫu..Một phần đc làm sạch ở mức độ cao hơn rồi đua vào phòng sạch,phòng thí nghiệm.

4)Các hóa chất sạch:

Các hóa chất có độ sạch rất cao.Độ sạch hóa chất ở đây là độ sạch điện tử,không dùng độ

sạch PA.

5)Vật liệu và dụng cụ sạch:

Có nhiều vật liệu sạch khác nhau(Au,Al,Si..) và các dụng cụ  như :panh,cốc,giá truyền..

cần được làm sạch theo quy định.

6)Hệ thống phòng sạch:

-Theo cấp độ tương ứng cho mỗi bộ phạn sản xuất.Môi trường sản xuất bao gồm các loại phòng sạch đặc biệt quan trọng.Phần lớn lỗi ở sản phẩm là do bụi trong môi trường sản xuất gây ra.

-Bình thường số hạt bụi có trong            không khí là 35          hạt có kích thước cỡ 10µm. Số hạt bụi trong1   k khí sẽ quyết định cấp độ của phòng sạch,ngoài ra còn có nhiệt độ,độ ẩm,vận tốc khí,độ rung nền.

- Tiêu chuẩn phòng sạch theo ISO tính theo số hạt /            không khí:

Các nhà máy hiện đại trên thế giới có phòng sạch vài trăm             đến vài nghìn         .với cấp độ sạch là 2 và 3.Ngoài ra khi xây dựng phòng sạch cần trang bị quần áo giầy dép,mũ

,găng tay theo tiêu chuẩn phòng sạch.

Trong chế tạo IC người ta dung đến phòng sạch cấp 1.

Câu 2 : Các công đoạn cơ bản chế tạo IC

   Để chế tạo ra IC phải qua rất nhiều khâu,công đoạn khác nhau. ví dụ:chế tạo BJT và Mosfet cần 30 công đoạn,

chế tạo IC vần đến 200 công đoạn.Nhưng có nhiều quá trình công nghệ đc lặp đi lặp lại,ta có thể phân ra thành 1 số công đoạn chính sau:

1. Giai đoạn thiết kế mạch IC:bắt nguồn từ nhu cầu của thị trường về sản phẩm và dựa trên khả năng thiết bị công nghệ máy móc có sẵn để có khả năng chế tạo.

2.Giai đoạn thiết kế và chế tạo mặt nạ bằng lớp cảm quang hay dùng màng kim

loại(Cr), sau đó chế tạo mặt nạ mẹ, và lai bản sao mặt nạ cho sản xuất.

3.Giai đoạn chế tạo vật liệu khối:từ khâu nuôi đơn tinh thể đến cắt mài đánh bóng ra

các phiến bán dẫn để làm phiến đế.

4.Giai đoạn chế tạo chip IC bao gồm các công đoạn chính sau:

-Các công đoạn chế tạo màng vặt lieeujbans dẫn,màng điện mô ,màng kim loại bằng các pp khác nhau:pp lắng đọng,hóa lý,nuôi lớp eptaxi.

-Công đoạn xử lý = pp hóa học,siêu âm và ăn mòn ướt ,ăn mòn khô.

-Quang khắc.

-Pha nguyên tử tạp chất vào vật liệu.

-Tạo dây dẫn.

-Kiểm tra chip.

5.Lắp ráp đóng vỏ linh kiện và kiểm tra sau đóng vỏ.

Câu 3: Các bước chính trong quy trình chế tạo tấm wafer từ cát:

1.   Từ cát thạch anh điều chế thành thỏi bán dẫn đơn tinh thể có độ sạch điện tử.

2.   Xác định hướng tinh thể thỏi bán dẫn bằng  pp tán xạ tia x(XRO).

3.   Mài phẳng.

4.   Cưa thỏi bán dẫn thành các tấm wafer(200-400 µ m).

5.   Lapping(vỗ nhẹ).

6.   Làm trơn các rìa cạnh.

7.   Vạch dấu.

8.   Khắc axit (tẩy lớp mặt trên cùng).

9.   Tôi để phá hủy các donor nhiệt.

10. Đánh bóng.

11. Kiểm tra.

Câu 4: 

   Ba pp tạo thỏi bán dẫn :

1.   Pp CZOCHRALSKI.

2.   Pp BRIDGMAN.

3.   Pp NÓNG CHẢY VÙNG.

   Ưu, nhược điểm của từng phương pháp:

1.   Pp Czochraski(Cz):

Nhược điểm: Nồi nung bằng Silic lẫn tạp chất nên thỏi bán dẫn có thể lẫn tạp chất.

Ở bề mặt phân cách có xu hướng phân cách bề mặt.

Ưu điểm: Tạo được thỏi bán dẫn có kích thước lớn.

Được dùng rộng rãi vì dễ nuôi .

2.   Pp Brigman:

Nhược điểm:Đường kính tinh thể nuôi nhỏ.

Lò nung chia làm 2 vùng nhiệt độ,lò nung chế tạo rất phức tạp.

Không thể chế tạo được phiến bán dẫn có điện trở suất cao. Ưu điểm:Mật độ khuyết tật thấp.

3.Pp nóng chảy vùng:

Nhược điểm:Thỏi bán dẫn có độ bền cơ học kém.

Tấm wafer có đường kính nhỏ.

Ưu điểm :Không dùng đến lò nung nên  hạn chế tạp chất.

   Quy trình công nghệ Czochralski:

Dung dịch nóng chảy là vật liệu đa tinh thể Si cấp độ phân tử được đưa vào nồi nung

bằng silican thẳng đứng.

Quy trình: - Làm nóng nồi nung đến nhiệt độ                      làm nóng chảy silicon.

-Tiếp theo nhúng mầm đơn tinh thể vào dd nóng chảy.

- Sau đó  nhiệt độ từ dung dịch nóng chảy chạy ngược lên mầm làm bề mặt dd lạnh đi,tinh thể bắt đầu kết tinh.

-Mầm được quay nhanh quyanh trục của nó vả từ từ được kéo lên với tốc độ

thích hợp tạo ra 1 tinh thể có mặt cắt ngang là hình tròn.

-Quay nhanh để hạn chế khuyết tật do sự chênh lệch lớn về           giữa dung dịch 

và mầm.

10v/p.

càng lớn).

-Thỏi bán dẫn và lò nung quay theo 2 hướng ngược nhau: thỏi 20vòng/p. lò

-Đường kính thỏi do tốc độ kéo mầm quyết định(tốc độ càng chậm đường kính

-Tốc độ kéo phụ thuộc vào tốc độ tỏa nhiệt mặt phân cách.

-Nếu kéo 1,4mm/p thì được bán kính 100mm.

-Nếu kéo 0,8mm/p đc 200mm. 

Độ dài của thỏi do kích thước nồi nung và độ dài của ống silican quyết định.

Hình vẽ tự vẽ: Câu 5:

   Tác dụng của lớp oxit silic:

1.   Tạo nên 1 hàng rào thế ngăn cản sự khuyếch tán và chỉ cho phép khuyeechs tán lựa chọn nguyên tử tạp chất vào tinh thể silic qua một cửa sổ đã tạo sẵn trên

lớp  ôxit

2.   Bảo vệ lớp tiếp giáp ,không cho tiếp xúc với môi trường không khí,không cho

tạp chất xâm nhập vào trong làm giảm đáng kể ảnh hưởng tác động của môi trường.

3.   Đảm bảo tính cách điện tốt giữa các dây dẫn.

4.   Dùng làm lớp điện môi của tụ điện và lớp điện môi giữa cực cổng và kênh dẫn trong cấu trúc Mosfet.

   PP chế tạo lớp oxit bằng công nghê oxi hóa nhiệt:

K/n: oxi hóa nhiệt là quá trình oxi hóa xảy ra giữa các nguyên tử oxi có trong môi

trường và nguyên tử Si trên phiến Si ở nhiệt độ cao tạo lớp Si           . Có 2 pp oxi hóa nhiệt :

1.   Trong môi trường oxi khô:        từ                              .

2.   Trong môi trường oxi ướt:                        . Oxi hóa trong môi trường oxi khô:

-Người ta đưa oxi vào bình kín qua hệ thống đo có van điều khiển chính xác lưu lượng

khí đưa vào lò.

-Cơ chế xảy ra oxi hóa  như sau:ban đầu nguyên tử oxi phản ứng với nguyên tử Si trên bề

mặt phiến Si.Sau khi bị hấp thụ trên bề mặt Si02,oxi bị ion hóa thành ion oxi và lỗ

trống,chúng khuếch tán tới lớp tiếp giáp Si-Si02. 

Tại biên pân cách Si-Si02,có  phản ứng :

(2        Si02 + Si=Si02

Đặc điểm của pp này là :chất lượng Si02 tốt,nhưng tốc độ chậm.

Oxi hóa trong môi trường nước:

Làm oxi hóa trong môi trường oxi ẩm chứa hơi nước hay pha thêm 1 chútHCl.Cách này có thể tạo đc Si02 nhanh nhưng chất lượng không tốt.

-Hệ thống thiết bị vẫn như trên. chỉ thêm 1 bình nước khử ion cao Ω,được đun và ổn định

tại 1 nhiệt độ nhất định từ                           ,hơi nước có thể tự bay vào buồng lò hoặc có thể sục khí oxi khô qua dung dịch                                               trong buồng lò có hơi nước,phản ứng xảy ra như sau:

Si(rắn)+2H20(hơi)=Si02(rắn)+2H2  .

Hình vẽ tự vẽ: