Bài tập qui trình sản xuất ic mems

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 TS Hoàng Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang MỤC LỤC Trang MỤC LỤC Trang CHAPTER 1: AN OVERVIEW OF MICROELECTRONIC FABRICATION CHAPTER 2: LITHOGRAPHY CHAPTER 3: THERMAL OXIDATION OF SILICON .11 CHAPTER 4: DIFFUSION 23 Trang 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 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 75 4415.625 TỶ LỆ Trang 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 wafer 450 mm là: 158962.5/1 = 158962 c) Số dice (25mm x 25mm) có wafer 450 mm là: 158962.5/(25*25) = 254 1.3 a) Số dice (20mm x 20mm) có wafer 300 mm là: 70650/(20*20) = 176 b) Tính xác số dice có wafer 300 mm: - Chia wafer làm phần - Tính số dice wafer + Chia wafer thành cột rộng X2 + Y2 = (bán kính wafer)2 X (mm) 20 40 Y (mm) 150 148.660 144.568 60 80 100 137.477 126.8858 111.803 Trang 120 140 90 53.85165 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS số dice cột = Y/20 GVHD: TS.Hoàng Trang 3 7 - Tổng số dice (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 = 100.1977(Y2 – Y1) = => 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 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 = 100.1505(Y2 – Y1) = => Y2 – Y1 = 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) µ m Với Y = 2020 => F = 7.5*10-3 µ m 1.9 P vacumm tube = 0.5 W => P 300 triệu vacumm tube = 0.5*300.106 = 150.106 W => I = P/U = 150.106/220 = 681818,2 (A) 1.10 a) Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Số line = 18 mm/(2*0.25 µ m ) = 36000 Chiều dài =36000*25 mm = 900000 mm b) Số line =18mm: (2*0.1 µ m ) = 90000 Chiều dài =90000*25 mm = 2250000 mm 1.11 Số dice (10mm x 10mm) có wafer 200 mm X (mm) Y (mm) 100 10 20 30 40 50 60 70 60 43.5 8899 99.49874 97.97 959 95.39 392 91.65 151 86.60 254 80 71.4 142 9 9 8 số dice cột = Y/10 80 90 100 - Tổng số dice (9+9+9+9+8+8+7+6+4+0)*4 = 276 1.12 a) - Số dice (10mm x 10mm) có wafer 150 mm X (mm) Y (mm) số dice cột = Y/10 10 20 30 40 50 75 74.3303 72.2841 68.7386 63.4428 55.901 7 6 Trang 60 70 26.9258 45 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang => Tổng số dice (7+7+6+6+5+4+2)*4 = 148 - Tổng số good dice = 148 * 0.35 = 51 - Giá thành good dice = 1000/51 = 19.60784 USD b) - Số dice (10mm x 10mm) có wafer 200 mm X (mm) 10 Y (mm) số dice 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 9 9 8 => Tổng số dice (9+9+9+9+8+8+7+6+4+0)*4 = 276 - Tổng số good dice = 276 * 0.35 = 96 - Giá thành good dice = 1000/96 = 10.41667 USD 1.13 λ ( µm ) 50 SỐ TRANSISTOR = (5*5 mm): (25 λ ) 1000000 0.25 16000000 0.1 100000000 Trang 80 90 100 60 43.5 8899 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 2: LITHOGRAPHY 2.1 - 25 masks - mask x % good dice a) => % good dice sau 25 masks 30 %  x25 = 0.3 => x = 0.953 b) => % good dice sau 25 masks 70 %  x25 = 0.7 => x = 0.9858 2.5 F = 180 nm λ = 193 nm mà F = DF = 0.5λ => NA = 0.536 NA 0.6λ =(0.6*193): 0.5632 =403 nm NA2 2.6 a) F = 0.25 µ m NA = mà F = DF = 0.5λ => λ = 0.5 µ m NA 0.6λ = (0.6*0.5): 12 = 0.3 µ m NA2 Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang b) F = 0.25 µ m NA = 0.5 mà F = DF = 0.5λ => λ = 0.25 µ m NA 0.6λ µm = (0.6*0.25): 0.5 = 0.6 NA 2.7 λ = 193 nm Mà F = 0.5λ 0.5*193 0.5λ = = 96.5 nm => Fmin = NAmax NA 2.8 λ = 13 nm Mà F = 0.5λ 0.5*13 0.5λ = = 6.5 nm => Fmin = NAmax 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 bảng 3.1 ta tính giá trị B/A B ứng với trường hợp cụ thể toán 3.1 Grow 100 nm silicon Wet oxygen at 10000C B/A = 0.7422569 um/hr B = 0.3151124 um2/hr => t = 0.166458946 h Grow 100 nm silicon 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 thời gian thực dài  dễ kiểm soát 3.2 Grow 1.2 um silicon Wet oxygen at 11000C B/A = 0.044783 um/hr B = 0.0104205 um2/hr Thời gian thực 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 0.4 um đầu tiên: => t1 = t0.4 = 0.440665677 h Thời gian thực để grow 0.8 um: => t0.8 = 1.486347018 h Thời gian thực 0.4 um thứ hai: => t2 = t0.8 – t0.4 = 1.045681341 h Thời gian thực để grow 1.2 um: => t1.2 = 1.486347018 h Thời gian thực 0.4 um thứ ba: => t3 = t1.2 – t0.8 = 1.650697005 h 3.4 Grow um silicon Wet oxygen at 11500C B/A = 5.3222307 um/hr B = 0.6667881 um2/hr Thời gian thực để grow um: => t1um = 1.687617917 h Thời gian thực um đầu tiên: => t1 = t1um = 1.687617917 h Thời gian thực để grow um: => t2um = 6.374689383 h Thời gian thực 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 để grow um: => t3um = 14.0612144 h Thời gian thực um thứ ba: => t3 = t3um – t2um = 7.686525015 h 3.5 Grow 10 nm silicon Wet oxygen at 8500C B/A = 0.0611596 um/hr B = 0.1218941 um2/hr => t = 0.164327007 h Grow 10 nm silicon Wet oxygen at 10000C B/A = 0.7422569 um/hr B = 0.3151124 um2/hr => t = 0.013789771 h Chọn trường hợp nhiệt độ 8500C thời gian thực dài trường hợp nhiệt độ 10000C 3.6 Grow um silicon 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 um silicon Wet oxygen at 10500C B/A = 1.5041447 um/hr B = 0.4122632 um2/hr => t = 3.090464422 h Grow um silicon Dry oxygen at 10500C B/A = 0.0892004 um/hr B = 0.0159194 um2/hr => t = 74.02695349 h 3.8 a) Grow um silicon A dry-wet-dry oxidation cycle of 30 min/ 120 min/ 30 at 11000C Dry oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.168976119322279 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 0.5 Độ dày (micromet) = 0.0592945095663939 Qui đổi trường hợp: Wet oxidation silicon 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 Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = 2.02712730905094 Độ dày (micromet) = 0.948136622027622 Qui đổi trường hợp: Dry oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.168976119322279 B = 0.0235811469716845 Độ dày (micromet) = 0.948136622027622 Thời gian (hour) = 43.7331776968616 Dry oxidation silicon 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 um silicon A dry-wet-dry oxidation cycle of 30 min/ 120 min/ 30 at 11000C Dry oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 0.5 Độ dày (micromet) = 0.0747110283049352 Qui đổi trường hợp: Wet oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 4.86519567841974 B = 0.528911925641599 Độ dày (micromet) = 0.0747110283049352 Thời gian (hour) = 0.025909468861561 Wet oxidation silicon 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 trường hợp: Dry oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.283752351314771 B = 0.0235811469716845 Độ dày (micromet) = 0.982215698293071 Thời gian (hour) = 44.3733460352091 Dry oxidation silicon 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 Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = Độ dày (micromet) = 1.53743177824182 Qui đổi trường hợp: Dry oxidation silicon 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 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 Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 4.86519567841974 B = 0.528911925641599 Thời gian (hour) = Độ dày (micromet) = 1.57276170116192 Qui đổi trường hợp: Dry oxidation silicon 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 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 thời gian grow oxide từ  200 nm Gọi t3 thời gian grow oxide từ  300 nm = 300nm = 200 nm Trang 19 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang = 360nm  màu yellow green Và 300 nm  màu blue to violet blue 3.12 Ta có: = um => màu carnation pink Thời gian để grow um t => thời gian để grow bên square window 2t = = 1.41 um => màu orange 3.13 Wet oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347 Trang 20 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang B = 0.528911925641599 => Thời gian để grow 04 um là: t1 = 0.440665676697385 => Thời gian để grow 1.4 um là: t2 = 4.18927339935428 => Thời gian cần thực là: t = t2 – t1 = 3.748607723 h => Màu orange 3.14 4h for boron diffusion at 11500C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày 0.07 um 1h for phosphorus diffusion at 10500C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày 1.5 um 3.15 15h for boron diffusion at 11500C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày 0.15 um 3.16 20h for phosphorus diffusion at 12000C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày 3.5 um 3.17 Lớp SiO2 dày 1um có màu carnation pink Lớp SiO2 dày 2um có màu carnation pink 3.18 Trang 21 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang 2X0 = kλ/n  X0 = kλ/2n X0 = k*0.57um/2*1.46 X0 < 1.5 um => k < 7.68 Với k = 1: X0 = 0.2 um  màu light gold or yellow; slightly metallic Với k = 2: X0 = 0.39 um  màu yellow Với k = 3: X0 = 0.58 um  màu light orange or yellow to pink Với k = 4: X0 = 0.78 um  màu yellowish Với k = 5: X0 = 0.97 um  màu yellow to yellowish Với k = 6: X0 = 1.18 um  màu violet Với k = 7: X0 = 1.4 um  màu orange Trang 22 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 4: DIFFUSION 4.1 a) x j = Dt ln( N0 ) NB Dt = 10-8 cm2 N0 = 5.1018 cm3 NB = 1015 cm3 => xj = 5.8*10-4 cm Trang 23 [...].. .Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang b) F = 0.25 µ m NA = 0.5 mà F = DF = 0.5λ => λ = 0.25 µ m NA 0.6λ 2 µm 2 = (0.6*0.25): 0.5 = 0.6 NA 2.7 λ = 193 nm Mà F = 0.5λ 0.5*193 0.5λ = = 96.5 nm => Fmin = NAmax 1 NA 2.8 λ = 13 nm Mà F = 0.5λ 0.5*13 0.5λ = = 6.5 nm => Fmin = NAmax 1 NA Trang 10 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER... 0.0235811469716845 Thời gian (hour) = 0.5 Độ dày (micromet) = 0.0592945095663939 Qui đổi về trường hợp: Wet oxidation silicon 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 Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 2.89523914605347... dày (micromet) = 0.948136622027622 Qui đổi về trường hợp: Dry oxidation silicon Nhiệt độ (K) = 1373 B/A = 0.168976119322279 B = 0.0235811469716845 Độ dày (micromet) = 0.948136622027622 Thời gian (hour) = 43.7331776968616 Dry oxidation silicon 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. .. B = 0.528911925641599 Độ dày (micromet) = 0.0747110283049352 Thời gian (hour) = 0.025909468861561 Wet oxidation silicon 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 Nhiệt độ (K) = 1373... Wet oxidation silicon 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 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... hợp: Dry oxidation silicon 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 Nhiệt độ (K) = 1273 B/A = 0.0447829762860665 B = 0.01042045811596 Thời gian (hour) = 262.163018235897 Độ dày (micromet) = 1.54057928821556... 13 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang 3.7 Grow 1 um silicon Wet oxygen at 10500C B/A = 1.5041447 um/hr B = 0.4122632 um2/hr => t = 3.090464422 h Grow 1 um silicon 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 A dry-wet-dry oxidation cycle of 30 min/ 120 min/ 30 min at 11000C Dry oxidation silicon... IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Dry oxidation silicon 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 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang = 360nm  màu yellow green... 3.4 Grow 3 um silicon 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... => 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 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 ... tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 2: LITHOGRAPHY 2.1 - 25 masks - mask x % good dice a) => % good dice... OXIDATION OF SILICON .11 CHAPTER 4: DIFFUSION 23 Trang Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang CHAPTER 1: AN OVERVIEW OF MICROELECTRONIC FABRICATION 1.1... Trang 60 70 26.9258 45 Bài tập qui trình sàn xuất IC & MEMS GVHD: TS.Hoàng Trang => Tổng số dice (7+7+6+6+5+4+2)*4 = 148 - Tổng số good dice = 148 * 0.35 = 51 - Giá thành good dice = 1000/51 = 19.60784