微电子工艺课件1zhang.ppt

授课教师：张建国 讲师 办公室：211楼1101房间 电话： 02883203830E-mail: si_ ,电子科技大学课程中心 3/webapps/login/ 关于更新课程中心登录密码的通知： 各位老师、同学： 课程中心已于上学期期末进行了系统升级，并与信息门户网站实现了密码统一。自即日起，登录课程中心的用户帐号不变，仍为工资号或学号，密码与信息门户网站的登录密码一致。 信息门户网站初始登录密码： 1） 15位身份证号码：取最后6为密码;18位身份证号码：取去掉最后1位的倒数6位为密码 2）如按照1）的规则输入密码无法登录，请尝试用工资号或者学号为密码登录。 如果您遗忘了密码，可以找回。/ 校园信息门户,研究领域：硅基集成光电子学（ Silicon-based OEIC ） 研究方向：硅基高效发光材料与器件，包括 1、硅基掺铒光波导放大器（EDWA) 2、硅基电注入激光器 参考：/go/sp/ / /uoeg/ 问题：1、半导体工业发展到现在有哪几项革命性的器 件？ 2、为什么单个MOS管运算速度可达万亿（皮秒） 次，但是单CPU主频（10亿次）最近几年很 难继续往上提升？,CPU芯片中金属连线长度的演化,摩尔定律（每隔18个月集成度增加一倍，性能也将提升一倍）,RC time constants R= L/A C=kA/d,金属连线瓶颈（电子是传输信号的载体）,硅基光电集成片上系统(SOC)所需的电子学单元和光子学单元,课堂纪律,鼓励提问、非常感谢提出宝贵的建议 来去自由 可以睡觉，可以说话，但不能超过40分贝 不能干扰课堂教学 拒绝舞弊,上课安排,第1周第8周 每周4学时 周二 5、6节 二教 104 周五 1、2节 二教 104 相关课程： 微电子工艺实验 微电子器件,教学目标,通过本课程的学习，使学生在微电子技术方向上打下深厚的工艺基础； 了解半导体产业状况及技术发展动态； 理解微电子器件和集成电路制造先进工艺技术； 掌握氧化、光刻、刻蚀、扩散、离子注入、沉积等各种单项工艺技术的基本原理、方法和主要特点； 掌握工艺集成的特点以及微电子器件和集成电路制造的基本工艺流程。,课程内容安排和要求,绪论：半导体产业介绍、器件技术、硅和硅片制备、硅片清洗。了解集成电路产业状况及技术发展动态； 单项工艺：氧化原理、SiO2结构、性质和用途、SiO2Si界面及掺氯氧化、扩散原理、杂质扩散机制、杂质的扩散分布、磷的液态源扩散、硼的涂源扩散以及两步扩散工艺、薄膜的特性、化学气相沉积原理、化学气相沉积CVD生长过程、化学气相沉积工艺、外 延、光刻工艺原理、光刻工艺的8个基本步骤、光刻胶、对准与曝光、光学光刻、焦深及套准精度、干法刻蚀、干法刻蚀过程、干法刻蚀系统及其刻蚀机理、干法刻蚀系统、反应离子刻蚀（RIE）机理、离子注入工艺原理、离子注入浓度分布、离子注入设备、离子注入效应、沟道效应、注入损伤、离子注入退火、电子束蒸发系统的组成、磁控溅射系统的组成、电子束蒸发的工艺过程、磁控溅射的工艺过程、先进的金属化技术、现代集成电路对金属膜的要求、传统的平坦化技术、化学机械平坦化、CMP的机理、CMP的优点。了解设备结构及工作原理，掌握各单项工艺技术的基本原理、方法和主要特点。,课程内容安排和要求,工艺集成： 46m双极集成电路工艺技术、典型双极型IC工艺流程、早期2.03.0m CMOS IC工艺技术、单阱（P阱）工艺流程、现代0.18m CMOS IC工艺技术。了解现代先进的0.18m CMOS IC工艺技术及其特点、方法，掌握典型基本的CMOS IC工艺技术及工艺流程。 实践性教学环节和要求： 实验1、微电子器件制造工艺实验（6学时）：掌握集成电路工艺中氧化、光刻、扩散、蒸发等基本工序的生产过程，了解各工艺参数的选取原则。 实验2、测试实验（2学时）：了解中测探针台的使用方法，掌握四探针测试仪和晶体管特性图示仪的使用方法。 实验3、微电子器件版图设计实验（8学时）：了解微电子器件的版图设计规则，掌握L-Edit的使用方法，并使用L-Edit完成一个实际器件的版图设计。,考核方式： 平时考核：考核到课率、交作业情况，平时成绩占总成绩的10 期末考核：采用开卷考试，期末考试占总成绩的90 建议教材和参考资料： 1、建议教材： 半导体制造技术中文版，韩郑生等译，电子工业出版社 2004，国外电子与通信教材系列。 2、参考资料： 集成电路工艺基础，王阳元等编著，高等教育出版社。 微电子制造科学原理与工程技术，Stephen A. Campbell著，电子工业出版社，国外电子与通信教材系列 。 集成电路制造技术原理与实践，庄同曾编，电子工业出版社。,课时安排（32学时）,导论（2学时） 半导体产业介绍（2学时） 硅和硅片制备（2学时） 集成电路制造工艺概况（3学时） 氧化（3学时） 淀积（3学时） 金属化（3学时）,光刻：气相成底膜到软烘（2学时） 光刻：对准和曝光（2学时） 光刻：光刻胶显影和先进的光刻技术（2学时） 刻蚀（3学时） 离子注入、扩散（3学时） 化学机械平坦化（1学时） 装配与封装（选讲 1学时）,微电子工艺特点,Safety 安全第一 （进实验室第一步） （剧毒，强酸，强碱，强腐蚀性） Yield 良品率 例子：0.99450=1% 0.999450=63.7% 0.9999450=95.6%,安全第一,安全第一,安全第一,安全第一,安全第一,良品率,良品率,良品率,良品率,良品率,良品率,良品率,微电子发展历史参考书籍,晶体之火晶体管的发明及信息时代的来临 美 迈克尔. 赖尔登 莉莲. 霍德森著 上海科学技术出版社 2002年 History of Semiconductor Engineering by Bo Lojek Springer-Verlag Berlin 2007 旷世奇才 巴丁传 上海科学教育出版社 2007,第一章 半导体产业介绍,学习目标： 1、国际上半导体工业在社会发展中的重要作用 2、半导体产业的相关技术根基 3、什么是集成电路，5个电路集成时代 4、硅片是如何分层的，硅片制造5个阶段 5、硅片制造发展的三个主要趋势 6、关键尺寸（CD），摩尔定律 7、硅片制造的不同电子时代 8、半导体产业中的不同职业路径,国际上半导体工业在社会发展中的重要作用,现在全世界每年芯片销售突破2000亿美元 问题：当今有哪几类电子产业年产值已经 或有望达到这一数值？ 相应的微电子技术广泛应用于国民经济的各行各业，带动相关产业的大发展 半导体产业是整个高技术产业最关键的一个子系统,半导体产业,产业根基,真空管电子学（放大音频、视频信号） 无线电通信 机械制表机 固体物理,真空管,问题：为什么现在真空管在某些场合还在使用？,体积大、不可靠、耗电大、寿命短,固体物理（凝聚态物理）,最基本的是发展成熟的量子力学知识在固态物质尤其是半导体材料研究中的应用能带概念的提出 半导体材料的提纯技术 1947年贝尔实验室肖克来、巴丁、布拉顿发明点接触晶体管，随后肖克来发明面接触晶体管尺寸小、无真空，可靠、重量轻、最小的发热以及低功耗 肖克来实验室（美国加州硅谷）-仙童公司,第一支晶体管（贝尔实验室）,1957年诺贝尔物理学奖,肖克来 巴丁 布拉顿,第一支平面晶体管,电路集成,集成电路-将多个电子元件（晶体管、二极管、电容、电阻、电抗等）集成到硅衬底上 德州电器TI基尔比（单线连接） 仙童公司诺伊思发明第一个实用的集成电路结构（Al互联，二氧化硅薄膜隔离层）,问题：为什么最初研究的半导体材料是锗，但很快硅就取代锗从而在半导体工业中居主导地位，一直持续到现在？,集成电路发明人基尔比（2000诺贝尔物理奖）,十二个元件，包括2个晶体管、2个电容和8个电阻，用导线连接,集成电路发展的五个时代,集成电路制造,硅芯片器件的分层（超过450道工序）,集成电路的制造步骤,硅片制备 硅芯片制造（重点） 硅片测试/拣选 装配与封装 终测,集成电路的5个制造步骤,硅片的制作（第四章详解）,硅芯片制造,清洗 成膜 光刻 刻蚀 掺杂 电极,芯片供应商 附属生产商（captive producers） Fabless company Foundry代工厂,前部工序,图形转换（光刻、刻蚀） 掺杂（离子注入、扩散） 制模（介质膜、电极等）,后部封装,减薄 划片 粘片 压焊 封装,沾锡 老化 成测 包装,半导体工业发展趋势,提高芯片性能 1、关键尺寸CD硅片上的最小特征尺寸（技术节点） 2、集成度增加（减小CD），摩尔定律（每隔18个月，集成度增加一倍，性能增加一倍） 3、功耗单个晶体管尺寸越小，电流越小，功耗越小，但是整个芯片的功耗很难急剧下降 提高芯片可靠性工艺线以及工艺过程中的洁净度控制 降低芯片成本CD尺寸减小，从而单管价格急剧下降；使用更大尺寸的硅片；规模经济,关键尺寸,特征尺寸最近的技术节点,单个芯片上晶体管数目的增长（以百万为单位）,摩尔定律（每18个月集成度翻番）,早期和现代半导体器件尺寸比较,每个集成电路芯片上的功耗降低,芯片可靠性提高（以百分之几为单位）,半导体芯片价格降低,电子时代,20世纪50年代：晶体管技术逐步取代真空管 20世纪60年代：工艺技术肖克来实验室催生众多后来的大型电子跨国巨头 20世纪70年代：竞争成品率提高的困难，微处理器的诞生，Intel弃存储