MICROTECNOLOGIE (Codice materia 10074, 6 CFU) Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica A.A. 2013/14 Prof. Claudio Calì Il corso porta a conoscenza dello studente i principali processi tecnologici impiegati per la fabbricazione di microdispositivi per applicazioni nei campi più svariati (elettronica, ottica, meccanica, chimica, biologia, ...). Alla fine del corso lo studente, oltre a conoscere i processi di base, è in grado di comprendere i processi più avanzati specifici per ogni tipologia di dispositivo. Seguendo il corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite sia per la comprensione di diversi e nuovi processi, sia per la implementazione di processi di microfabbricazione tradizionali. Il corso offre una sintesi delle problematiche legate alle moderne tecniche di fabbricazione di microdispositivi. Trattandosi di tematiche in continua e rapida evoluzione, gli argomenti affrontati riguardano principalmente materiali e tecnologie di base, la cui conoscenza potrà permettere allo studente un eventuale futuro approfondimento autonomo. Il corso presuppone la conoscenza di insegnamenti di base dei corsi di laurea (triennale) dell'area scientifica, in particolare di Chimica e Fisica. L'esame prevede la risposta a tre quesiti posti in forma scritta o orale. PROGRAMMA DEL CORSO Introduzione Ruolo delle microtecnologie e locazione dei principali siti di ricerca e di produzione. Il mercato delle microtecnologie. Esempi applicativi delle microtecnologie in settori non microelettronici. Applicazioni in microottica. Cenni storici, l’invenzione del transistore, il transistore a lega, i processi mesa e planare. Principali passi del processo di fabbricazione di microcircuiti in Si. Produzione del silicio di base Vantaggi del silicio. Purezza del silicio. Produzione del silicio di grado elettronico. Crescita del cristallo con la tecnica Czochralsky. Profilo di drogaggio lungo la carota. Crescita del cristallo con il metodo "float zone". Drogaggio mediante trasmutazione nucleare. Taglio e trattamento delle fette di silicio. Difetti nei cristalli: puntuali, di linea, di area, di volume, esterni. Crescita epitassiale Crescita epitassiale del silicio: caratteristiche, apparato, reazioni e cinetica. Ossidazione Ossidazione termica wet e dry. Struttura del forno per ossidazione. Cinetica della ossidazione. Regime lineare e quadratico. Ossidazione termica iniziale. Cenni sulla CVD. Deposizione di ossido per LPCVD. P-glass e caratteristiche. Drogaggio Drogaggio da fase gassosa e da predeposizione. Leggi di Fick. Drogaggio da fase gassosa e da predeposizione. Profili di concentrazione drogante. Impiantazione e drive-in. Impiantazione ionica. Annealing e suoi effetti. Profilo di distribuzione degli atomi impiantati. Spessore degli ossidi di mascheratura. Tecniche di attacco Attacco wet. Curve iso-etch per il silicio. Attacco anisotropo e sue applicazioni in micromeccanici. Plasma etching fisico-chimico. Silicio policristallino. Microlitografia Introduzione alle tecniche microlitografiche. Maschere e loro struttura. Tipi di resist. Realizzazione di maschere con fascio elettronico. Struttura dell’e-beam writer. Cenni di interferometria con laser Zeeman-split. Fotolitografia: esposizione a contatto, prossimità e proiezione. Il mask-aligner. Struttura di un sistema in proiezione. Lo stepper. Limiti teorici per la risoluzione ottica. Sorgenti e materiali per fotolitografia submicrometrica. Tecniche di scansione della fetta. Cenni alla litografia X. Proprietà dei resist. Analisi del flusso di un processo microlitografico. Yield e sua espressione. Integrazione dei dispositivi elettronici. Descrizione dei dispositivi elettronici integrabili ed evoluzione temporale. Tecnologia del vuoto Introduzione alla tecnologia del vuoto e alle sue applicazioni. Regime viscoso e regime molecolare. Sistemi di prevuoto rotativi e ad adsorbimento. Pompa a diffusione per regime molecolare. Sistemi per alto vuoto: pompa turbomolecolare, criogenica, ionica, sublimazione di titanio. Descrizione di alcuni impianti da vuoto. Sistemi di misura del vuoto in regime viscoso e molecolare. Vacuometro a termocoppia e capacitivo. Vacuometri a ionizzazione. Cenni allo spettrometro di massa a quadrupolo. Leak detector. Materiali, tenute, raccordi e valvole da vuoto. Film sottili Rassegna dei processi e delle tecniche di deposizione. Evaporazione termica (riscaldamento elettrico) sotto vuoto. Evaporazione con cannone elettronico, con laser e "sputtering". Tecniche di misura sui film: in situ e dopo la deposizione. Dipendenza delle caratteristiche dei film dai parametri di deposizione. Esempi di normativa MIL. Misure ottiche in situ di film sottili. Misura dello spessore dei film con la microbilancia al quarzo. Pulizia dei materiali da vuoto e dei substrati. Microtecnologie per l'ottica integrata Cenni di ottica integrata. Tecniche di fabbricazione di guide ottiche. Guide in vetro, Guide in calcogenuri. Guide in niobato di litio, ossido di zinco, pentossdo di tantalio e niobio. Impiego di substrati di SiO2/Si. Tecniche di microfabbricazione per l'ottica integrata. Tecniche di fabbricazione di reticoli per ottica integrata. Esempi di dispositivi ottici integrati. TESTI CONSIGLIATI E DI CONSULTAZIONE - G.S. May, S.M. Sze: "Fundamentals of Semiconductor Fabrication" – Wiley (2004). - H.Nishihara, M.Haruna, T.Suhara: "Optical Integrated Circuits" - McGraw-Hill (1989).
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