Tài liệu Bài tập qui trình sản xuất ic & mems

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÀI TẬP QUI TRÌNH SẢN XUẤT IC & MEMS GVHD: Nhóm 5 TS. Hoàng Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang MỤC LỤC Trang MỤC LỤC.......................................................................................................................................1 CHAPTER 1: AN OVERVIEW OF MICROELECTRONIC FABRICATION..............................2 CHAPTER 2: LITHOGRAPHY......................................................................................................9 CHAPTER 3: THERMAL OXIDATION OF SILICON...............................................................11 CHAPTER 4: DIFFUSION...........................................................................................................23 Trang 1 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 1: AN OVERVIEW OF MICROELECTRONIC FABRICATION 1.1 Các thiết bị có IC chips trong cuộc sống hàng ngày: - computer - telephone - kim tử điển - calculator - televison - remote of televison - radio - mp3 player - mp4 player - washing machine - USB - ipad … 1.2 a) ĐƯỜNG KÍNH (mm) DIỆN TÍCH (mm2) 25 490.625 50 1962.5 4 75 4415.625 9 TỶ LỆ Trang 2 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang 100 7850 16 125 12265.625 25 150 17662.5 36 200 31400 64 300 70650 144 450 158962.5 324 b) Số dice (1mm x 1mm) có trên wafer 450 mm là: 158962.5/1 = 158962 c) Số dice (25mm x 25mm) có trên wafer 450 mm là: 158962.5/(25*25) = 254 1.3 a) Số dice (20mm x 20mm) có trên wafer 300 mm là: 70650/(20*20) = 176 b) Tính chính xác số dice có trên wafer 300 mm: - Chia wafer làm 4 phần - Tính số dice trên 1 wafer + Chia wafer thành từng cột rộng. X2 + Y2 = (bán kính wafer) 2 X (mm) 0 20 40 Y (mm) 150 148.660 144.568 60 80 100 137.477 126.8858 111.8034 Trang 3 120 140 90 53.85165 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS số dice trên 1 cột = Y/20 GVHD: TS.Hoàng Trang 7 3 3 7 7 6 - Tổng số dice là (7+7+6+6+5+4+2)*4 = 148 1.4 B = 19.97*100.1977(Y-1960) bit/chíp Với Y=2020 => B = 1.45338E+13 1.5 N = 1027*100.1505(Y-1970) transitor Với Y=2020 => N = 34400950602 1.6 a) B1 = 19.97*100.1977(Y1-1960) B2 = 19.97*100.1977(Y2-1960) Với B2 = 2B1 B2: B1 = 2 <=> 100.1977(Y2 – Y1) = 2 => Y2 – Y1 = 0.495 năm b) B1 = 19.97*100.1977(Y1-1960) B2 = 19.97*100.1977(Y2-1960) Với B2 = 10B1 Trang 4 6 5 4 2 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang B2: B1 = 10 <=> 100.1977(Y2 – Y1) = 10 => Y2 – Y1 = 5.06 năm 1.7 a) N1 = 1027*100.1505(Y1-1970) N2 = 1027*100.1505(Y2-1970) Với N2 = 2N1 N2: N1 = 2 <=> 100.1505(Y2 – Y1) = 2 => Y2 – Y1 = 2 năm b) N1 = 1027*100.1505(Y1-1970) N2 = 1027*100.1505(Y2-1970) Với N2 = 10N1 N2: N1 = 10 <=> 100.1505(Y2 – Y1) = 10 => Y2 – Y1 = 6.64 năm 1.8 F = 8.214*10-0.06079(Y1-1970)  m Với Y = 2020 => F = 7.5*10-3  m 1.9 P của 1 vacumm tube = 0.5 W => P của 300 triệu vacumm tube = 0.5*300.106 = 150.106 W => I = P/U = 150.106/220 = 681818,2 (A) 1.10 a) Trang 5 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Số line = 18 mm/(2*0.25  m ) = 36000 Chiều dài =36000*25 mm = 900000 mm b) Số line =18mm: (2*0.1  m ) = 90000 Chiều dài =90000*25 mm = 2250000 mm 1.11 Sốố dice (10mm x 10mm) có trên wafer 200 mm X (mm) Y (mm) 0 100 10 20 30 40 50 60 70 60 43.5 8899 0 6 4 0 99.49874 97.97 959 95.39 392 91.65 151 86.60 254 80 71.4 142 8 9 9 9 9 8 8 7 số dice trên 1 cột = Y/10 80 90 100 - Tổng số dice là (9+9+9+9+8+8+7+6+4+0)*4 = 276 1.12 a) - Số dice (10mm x 10mm) có trên wafer 150 mm X (mm) Y (mm) số dice trên 1 cột = Y/10 0 10 20 30 40 50 75 74.3303 4 72.2841 6 68.7386 4 63.4428 9 55.901 7 7 7 6 6 5 Trang 6 60 70 26.9258 45 2 4 2 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang => Tổng số dice là (7+7+6+6+5+4+2)*4 = 148 - Tổng số good dice là = 148 * 0.35 = 51 - Giá thành 1 good dice là = 1000/51 = 19.60784 USD b) - Số dice (10mm x 10mm) có trên wafer 200 mm X (mm) 0 10 0 Y (mm) số dice trên 1 cột = Y/10 10 20 30 40 60 70 99.49 874 97.97 959 95.39 392 91.65 151 86.60 254 80 71.4 142 8 9 9 9 9 8 8 7 => Tổng số dice là (9+9+9+9+8+8+7+6+4+0)*4 = 276 - Tổng số good dice là = 276 * 0.35 = 96 - Giá thành 1 good dice là = 1000/96 = 10.41667 USD 1.13  ( m ) 50 SỐ TRANSISTOR = (5*5 mm): (25  2 ) 1 1000000 0.25 16000000 0.1 100000000 Trang 7 80 90 100 60 43.5 8899 0 6 4 0 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Trang 8 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 2: LITHOGRAPHY 2.1 - 25 masks - 1 mask thì được x % good dice a) => % good dice sau 25 masks là 30 %  x25 = 0.3 => x = 0.953 b) => % good dice sau 25 masks là 70 %  x25 = 0.7 => x = 0.9858 2.5 F = 180 nm  = 193 nm mà F  DF  0.5 => NA = 0.536 NA 0.6 =(0.6*193): 0.5632 =403 nm NA2 2.6 a) F = 0.25  m NA = 1 mà F  DF  0.5 =>  = 0.5  m NA 0.6 = (0.6*0.5): 12 = 0.3  m NA2 Trang 9 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang b) F = 0.25  m NA = 0.5 mà F  DF  0.5 =>  = 0.25  m NA 0.6 2 m 2 = (0.6*0.25): 0.5 = 0.6 NA 2.7  = 193 nm Mà F  0.5 0.5*193 0.5   96.5 nm => Fmin  NAmax 1 NA 2.8  = 13 nm Mà F  0.5 0.5*13 0.5   6.5 nm => Fmin  NAmax 1 NA Trang 10 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 3: THERMAL OXIDATION OF SILICON Dùng công thức 3.12 và bảng 3.1 ta tính được các giá trị B/A và B ứng với các trường hợp cụ thể trong bài toán. 3.1 Grow 100 nm silicon <100> Wet oxygen at 10000C B/A = 0.7422569 um/hr B = 0.3151124 um2/hr => t = 0.166458946 h Grow 100 nm silicon <100> Dry oxygen at 10000C B/A = 0.044783 um/hr B = 0.0104205 um2/hr => t = 3.192642087 h Phương pháp dry oxygen dùng tốt hơn do thời gian thực hiện dài hơn  dễ kiểm soát hơn. 3.2 Grow 1.2 um silicon <100> Wet oxygen at 11000C B/A = 0.044783 um/hr B = 0.0104205 um2/hr Thời gian thực hiện để grow 0.4 um: Trang 11 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang => t0.4 = 0.440665677 h Thời gian thực hiện 0.4 um đầu tiên: => t1 = t0.4 = 0.440665677 h Thời gian thực hiện để grow 0.8 um: => t0.8 = 1.486347018 h Thời gian thực hiện 0.4 um thứ hai: => t2 = t0.8 – t0.4 = 1.045681341 h Thời gian thực hiện để grow 1.2 um: => t1.2 = 1.486347018 h Thời gian thực hiện 0.4 um thứ ba: => t3 = t1.2 – t0.8 = 1.650697005 h 3.4 Grow 3 um silicon <100> Wet oxygen at 11500C B/A = 5.3222307 um/hr B = 0.6667881 um2/hr Thời gian thực hiện để grow 1 um: => t1um = 1.687617917 h Thời gian thực hiện 1 um đầu tiên: => t1 = t1um = 1.687617917 h Thời gian thực hiện để grow 2 um: => t2um = 6.374689383 h Thời gian thực hiện 1 um thứ hai: => t2 = t2um – t1um = 4.687071466 h Trang 12 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Thời gian thực hiện để grow 3 um: => t3um = 14.0612144 h Thời gian thực hiện 1 um thứ ba: => t3 = t3um – t2um = 7.686525015 h 3.5 Grow 10 nm silicon <100> Wet oxygen at 8500C B/A = 0.0611596 um/hr B = 0.1218941 um2/hr => t = 0.164327007 h Grow 10 nm silicon <100> Wet oxygen at 10000C B/A = 0.7422569 um/hr B = 0.3151124 um2/hr => t = 0.013789771 h Chọn trường hợp nhiệt độ ở 8500C do thời gian thực hiện dài hơn trường hợp ở nhiệt độ 10000C. 3.6 Grow 2 um silicon <100> Wet oxygen at 11500C B/A = 5.3222307 um/hr B = 0.6667881 um2/hr => t = 6.374689383 h Trang 13 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang 3.7 Grow 1 um silicon <100> Wet oxygen at 10500C B/A = 1.5041447 um/hr B = 0.4122632 um2/hr => t = 3.090464422 h Grow 1 um silicon <100> Dry oxygen at 10500C B/A = 0.0892004 um/hr B = 0.0159194 um2/hr => t = 74.02695349 h 3.8 a) Grow 1 um silicon <100> A dry-wet-dry oxidation cycle of 30 min/ 120 min/ 30 min at 11000C Dry oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.168976119322279 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 0.5 Độ dày (micromet) = 0.0592945095663939 Qui đổi về trường hợp: Wet oxidation silicon <100> Trang 14 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347 B = 0.528911925641599 Độ dày (micromet) = 0.0592945095663939 Thời gian (hour) = 0.0271273090509448 Wet oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = 2.02712730905094 Độ dày (micromet) = 0.948136622027622 Qui đổi về trường hợp: Dry oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.168976119322279 B = 0.0235811469716845 Độ dày (micromet) = 0.948136622027622 Thời gian (hour) = 43.7331776968616 Dry oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.168976119322279 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 44.2331776968616 Trang 15 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Độ dày (micromet) = 0.953911781025885 b) Grow 1 um silicon <111> A dry-wet-dry oxidation cycle of 30 min/ 120 min/ 30 min at 11000C Dry oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 0.5 Độ dày (micromet) = 0.0747110283049352 Qui đổi về trường hợp: Wet oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 4.86519567841974 B = 0.528911925641599 Độ dày (micromet) = 0.0747110283049352 Thời gian (hour) = 0.025909468861561 Wet oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 4.86519567841974 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = 2.02590946886156 Độ dày (micromet) = 0.982215698293071 Trang 16 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Qui đổi về trường hợp: Dry oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Độ dày (micromet) = 0.982215698293071 Thời gian (hour) = 44.3733460352091 Dry oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 44.8733460352091 Độ dày (micromet) = 0.987958014364775 3.9 Wet oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = 5 Độ dày (micromet) = 1.53743177824182 Qui đổi về trường hợp: Dry oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1273 B/A = 0.0447829762860665 Trang 17 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang B = 0.01042045811596 Độ dày (micromet) = 1.53743177824182 Thời gian (hour) = 261.163018235897 Dry oxidation silicon <100> Nhiệt độ (K) = 1273 B/A = 0.0447829762860665 B = 0.01042045811596 Thời gian (hour) = 262.163018235897 Độ dày (micromet) = 1.54057928821556 3.10 Wet oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 4.86519567841974 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = 5 Độ dày (micromet) = 1.57276170116192 Qui đổi về trường hợp: Dry oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 1.57276170116192 Độ dày (micromet) = 110.439208999943 Trang 18 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Dry oxidation silicon <111> Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 111.439208999943 Độ dày (micromet) = 1.58004901992165 3.11 Gọi t2 là thời gian grow oxide từ 0  200 nm. Gọi t3 là thời gian grow oxide từ 0  300 nm. = 300nm = 200 nm Trang 19