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
Trang............................................................................................................................................................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

111.803

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

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) µ m
Với Y = 2020 => F = 7.5*10-3 µ 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 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 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

λ ( µm )

50

SỐ TRANSISTOR = (5*5 mm): (25 λ 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

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 = 1
mà F =

DF =

0.5λ
=> λ = 0.5 µ m
NA

0.6λ
= (0.6*0.5): 12 = 0.3 µ m
NA2
Trang 9


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 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


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:
= 1 um => màu carnation pink.
Thời gian để grow 1 um là t => thời gian để grow bên ngoài square window là 2t.
=

= 1.41 um => màu orange.

3.13
Wet oxidation silicon <100>
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 hiện 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 là 0.07 um.
1h for phosphorus diffusion at 10500C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày là 1.5 um.

3.15
15h for boron diffusion at 11500C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày là 0.15 um.

3.16
20h for phosphorus diffusion at 12000C  tra đồ thị Fig 3.10 ta có lớp oxide có độ dày là 3.5
um.

3.17
Lớp SiO2 dày 1um có màu là carnation pink.

Lớp SiO2 dày 2um có màu là 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 = 2 Dt .ln(

N0
)
NB

Dt = 10-8 cm2
N0 = 5.1018 cm3
NB = 1015 cm3
=> xj = 5.8*10-4 cm

Trang 23