Metalizaciónes para la Manufactura de Circuitos Integrados

1. Metalizaciónes para la Manufactura de Circuitos Integrados Integrantes: Alejandro Carrasco Claudio Cisternas Rodrigo Grayde Mijael Maldavsky Helen Ortega

2. Técnicas Metalúrgicas para mayor confiabilidad en los circuitos integrados.

3. Modos de fallas comunes en la metalización de Circuitos Integrados . • Tensiones Residuales. • Fallas por la electromigración. • Presión mecánica inducida por los agujeros (huecos).

4. El daño por la electromigración comúnmente aparece como agujeros que pueden crecer rompiendo la línea o elevar su resistencia eléctrica a valores inaceptables. Modos de fallas comunes. En la electromigración se producen varios daños, pero existen dos maneras de disminuir la proporción de este. Fallas por la Electromigración.

5. PRESIÓN MECÁNICA INDUCIDA POR LOS AGUJEROS. • PERFIL TÉRMICO DEL PROCESO DE METALIZACIÓN.

6. Principales procesos de una típica metalización y tratamiento de empaquetamiento. • Deposición de la aleación de aluminio. (200ºC-300ºC). • Deposición de la película. (~300ºC). • Deposición de la capa dieléctrica de internivel (~400ºC). • Deposición de la capa de pasivación. (400ºC-450ºC).

7. Templado de post-pasivación. (~450ºC). • Proceso de soldadura de flujo.(~350ºC...{95Sn-5Pb} ó ~230ºC...{63Sn-37Pb}). • Encapsulamiento o moldaje (cocido al horno) (150ºC~200ºC).

8. Mecanismos de FallaTensiones residuales • Introducción: • Proceso se basa en reducir tensiones en estructuras de un metal • Mediante un proceso de vibraciones sub-resonantes • Durante proceso de enfriado, (luego del soldado), metales desarrollan áreas de tensiones en estructuras átomicas. • Metal que desarrolla tensiones se hace susceptible a roturas.

9. Altos costos de reemplazo. • Tratamiento térmico el mas común para reducir tensiones. • Vibración sub-resonante es una prometedora alternativa a tratamientos térmicos de post-soldadura • Ventajas: • Bajo costo operacionales • Fácil manejo • Versatilidad

11. La fotografía Microscópica de Acondicionamiento de Soldadura Meta-Lax muestra que se ha conseguido una estructura homogénea del grano para una soldadura más dúctil. Esto es muy deseable metalúrgicamente. • Mientras que La fotografía Normal muestra vetas blancas y negras que indican grietas ó roturas potenciales en la soldadura.

12. Como opera Meta-Lax • Induce energía mecánica en la pieza a trabajar por medio de vibración. • Diferentes niveles de energía inducida tendrán diferentes efectos sobre el metal. • Con la vibración, así como el calor, se da un nivel de energía óptimo que causará la disminución de tensiones. • Aumento de frecuencia en la vibración metal produce disipaciones de energía mediante fricciones internas. La cantidad de energía que está siendo disipada por el metal, es su potencial de diminución de tensiones

13. Beneficios en el Funcionamiento • Reducción de la tensiones certificable • No se da distorsión al aplicarlo • Un 90% menos en costos de procesos • Un 98% menos de tiempo de proceso • Un 95% menos de agrietamiento en la soldadura • Un 41% menos de tiempo de mecanizado • Un 500% de mejora en la fatiga del material • Un 66% menos de pre-calentamiento • No hay limitaciones de tamaño o peso • Consistentemente efectivo

14. 800% de amortización de la inversión • 110/220 voltios. • Reducción combustible.

15. Equipos Utilizados por Meta-Lax

16. MODIFICACIONES MICROESTRUCTURALES PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD

17. Prueba Para una Placa de Circuito Integrado

18. Texturas Cristalográficas • La textura cristalográfica disminuye la proporción en que la electromigración provoca daños acumulados. • Por 3 razones

19. 1- Película texturada tiene alta proporción de límites de grano de bajo ángulo. • 2- Película texturada tiene estructura de límite de grano más uniforme. • 3- La textura (111) presenta anisotropía favorable.

20. Planos (111) proporcionan la superficie de energía mínima en cristales fcc. • Una atmósfera limpia y temperatura alta aumentan la movilidad de los átomos. • La textura es fortalecida por tratamientos térmicos de post-deposición.

21. Longitud del segmento Poligranular • Varía desde 0,5m a décimas de micrómetros. • El tiempo para fallar aumenta al encoger las longitudes. • Se debe templar el post-modelo a temperaturas altas.

22. Solutos y Precipitados • Lo más común es la aleación Al-Cu. • El Cobre inhibe La difusión del Aluminio. • El exceso de Cu precipita como Al2Cu. • Es difícil lograr la configuración óptima.

23. Control de Precipitados • Para el moldeado son deseables las películas de libre precipitado. • Microestructura final debe tener una dispersión fina de precipitado intragranular.

24. Las líneas modeladas pasan por ciclos térmicos complejos. • El chip debe enfriarse para prevenir la precipitación. • El chip se expone a varios ciclos térmicos de empaquetamiento.

25. El Aluminio • Es un metal ligero • Es un buen conductor de electricidad • Es resistente a los agentes atmosféricos • Tiene buena plasticidad y formabilidad • Tiene buena conductividad térmica • No es magnético

26. Usos de los circuitos integrados • Transistores • Diodos • Resistencias • Condensadores

27. TRANSISTORES Es un dispositivo compuesto por materiales semiconductores. - germanio - silicio - selenio

28. Circuito integrado resistencia transistor diodo aluminio p p SiO2 p n n n Sustrato tipo p

29. TRANSISTORES El contacto de la base se hace mediante dos franjas metalizadas a ambos lados del emisor (n) . El área metalizada constituye el contacto óhmino del colector y esta reduce la resistencia de saturación

30. TRANSISTORES Las características eléctricas dependen : • su propio tamaño y geometría • los niveles de impurezas • la forma de difusión • material base de silicio.

31. TRANSISTORES Las características físicas determinan: • Capacidad parásita de aislamiento. • Capacidad de unión

32. DIODOS La construcción se hace empleando la estructura de los transistores . Las estructuras de diodos : - diodo emisor-base con el colector circuitado con la base - diodo emisor-base con el colector abierto - diodo colector-base

33. DIODO Las características tensión corriente de los tres tipos de diodos citados en los cuales se puede observar que el transistor conectado como diodo da lugar a la mayor conducción para una tensión dada.

34. RESISTENCIAS La construcción se hace empleando una resistencia de volumen de una de las áreas difundidas. La más comúnmente usada es la de base tipo p

35. Resistencia de película delgada La construcción consiste en depositar sobre la capa de dióxido de silicio una capa de metal y se emplea la corrosión mediante mascara para producir la geometría deseada. La resistencia de metal se recubre con una capa aislante y se practican aperturas para los contactos óhmicos en la capa aislante.

36. CONDENSADORES Pueden obtenerse empleando la capacitancia de transición de una unión p-n polarizada en sentido inverso

37. Condensador de película delgada Esta estructura está constituida por un condensador de placas paralelas con SiO2 como dieléctrico. La placa superior es una superficie metálica pelicular de aluminio La placa inferior está constituida por una región n fuertemente drogada que se forma durante la difusión del emisor.

38. COBRE USO Y APLICACIONES • OBJETIVO: buscar la forma de unir transistores en los chips (CI). • PROBLEMA:cada vez van siendo más pequeños los transistores y es más difícil interconectarlos. • ACTUALIDAD: se usa comúnmente el aluminio que está quedando obsoleto.

39. Ventajas y Desventajas • SOLUCION: El Cobre, como conductor eléctrico, que permite la conducción de electrones por lugares muy diminutos. • VENTAJAS: Tiene menos resistencia eléctrica que el aluminio por lo que transmite impulsos eléctricos rápidamente. • DESVENTAJAS: no se mezcla con el silicón (material base de chips), ni es fácil de trabajar.

40. FINALMENTE • Finalmente se logro crear una oblea que permite unir el silicón con el cobre y de esta manera unir los transistores usando una mínima cantidad de pasos. • Esto permite fabricar circuitos integrados de anchos de hasta 0,20 micras (millonésima parte de un metro). • Los nuevos chips tendrán 200 millones de transistores (30 veces mas que un notebook).

41. Aplicaciones Especificas • ASICs (application specific integrated circuit) Diseñados para: • Manipular gráficos 3D. • Controlar cámaras digitales. • Dar inteligencia a computadores (juegos electrónicos, conexión telefónica)

42. Algunos asistentes que usan ASICs: • SA-27: Utiliza los chips ASICs para: • Desarrollo de conexiones I\O. • Capas de metalización del cobre. • Procesos que requieren alto rendimiento de los chips (procesadores de datos, analizadores gráficos, etc.).

43. SE-12E: • Utilizado en productos de bajo consumo de poder energético. • Principalmente en aplicaciones comunicacionales

44. UN EJEMPLO Se creó una workstation utilizando chips ASICs que permite: • Manipular y crear imágenes 3D. • Cambiar textura y color en imágenes. • Revolucionar el mercado de aceleradores gráficos. • Incorporar esta tecnología en un PC común.

45. En el Futuro Se espera que en el futuro las nuevas aplicaciones sean casi tan grandes como las que hoy se conocen en la tecnología computacional permitiendo un amplio desarrollo de la nueva generación de chips.