半导体工艺技术 (5).ppt.ppt

1 半导体工艺技术 张晓波xbzhang 三教2406 2512微电子实验室tel 8880311813681100693 2 大纲 1 教学参考书 美 jamesd plummer michaeldeal peterb griffin siliconvlsitechnologyfundamentals practiceandmodeling 严利人等译 硅超大规模集成电路工艺技术 理论 实践与模型 电子工业出版社michaelquirk julianserda著 半导体制造技术 韩郑生等译 电子工业出版社 2004 1 美 stephena campbell thescienceandengineeringofmicroelectronicfabrication 曾莹等译 微电子制造科学原理与工程技术 电子工业出版社 3 大纲 2 第一章前言第二章现代cmos器件工艺第三章晶体生长 硅片制备及硅片基本性能第四章半导体制造 净化间 硅片清洗和吸杂第五章光刻第六章热氧化及sio2 si界面第七章热扩散第八章离子注入第九章薄膜淀积第十章刻蚀第十一章后端工艺 金属化等 4 1947年发明点接触晶体管 贝尔实验室 5 世界上第一个点接触晶体管 6 n n n n p n n p p 1950年发明生长结晶体管 ti 7 n n n n p p in in 1951年发明了合金结双极型晶体管 8 威廉 肖克利 于1955年建立了世界上第一家半导体公司 肖克利半导体实验室 9 n n n n n n 1957年的台面型双扩散晶体管 n n p p p p 10 1958年fairchild的jeanhoerni发明平面工艺 n n n n n n p p p sio2 n p n 11 1959年发明集成电路 关键的技术 采用掩膜版和光刻技术 在同一个芯片内制造多个器件 并互相连接 它结合扩散工艺和sio2钝化层 形成了现代ic的结构 发明人 texasinstruments的jackkilby和fairchildsemiconductor的robertnoyce 因此 jackkilby获得诺贝尔物理奖 12 jackkilby发明的第一个集成电路12个器件 ge晶体 获得2000年诺贝尔物理学奖 13 14 第一个单片平面集成电路 罗伯特 诺伊思 robertnoyce 领导从肖克利半导体实验室出走的八位工程师创办了世界上制造和销售芯片的第一家公司 仙童半导体公司 与戈登 摩尔 gordonmoore 和安德鲁 格罗夫 andrewgrove 在1968年创办了英特尔公司 15 1962年研制出mos场效应晶体管 金属栅 绝缘层 源区 漏区 pmos fairchild nmosfet rca 16 1965年发明双列直插式封装 17 1971年 英特尔公司的霍夫发明了微处理器4004 1973年 英特尔公司制造出了第二代微型计算机8080 8086 以后陆续诞生了8088 286 386 486 586 奔3 奔4 18 19 1965年 gordonmoore提出了一个关于集成电路发展的预测 thecomplexityforminimumcomponentcosthasincreasedatarateofroughlyafactoroftwoperyear 后来在1975年被修正为 thenumberofcomponentspericdoublesevery18 24months 集成电路中的元件数每18 24个月翻一倍 摩尔定律moore slaw 20 21 2003itanium2 19714004 2001pentiumiv 1989386 2300 134000 410m 42m 1991486 1 2m transistor chip 10 m1 m0 1 m transistorsize humanhairredbloodcellbacteriavirus 22 300mm硅片和intelpentium iv芯片 23 集成度增加趋势 24 线宽变窄趋势 25 芯片面积增加趋势 26 掩膜层数增加趋势 27 缺陷密度下降趋势 28 价格下降趋势 29 特征尺寸 featuredimension 芯片上的物理尺寸特征 最小特征尺寸也称为关键尺寸 cd criticaldimension 一般把cd作为定义制造复杂性水平的标准 并照此定义了 技术节点 technologynode 随着技术的发展 已无法用统一的一个标准来衡量工艺技术的特征 因此itrs theinternationaltechnologyroadmapforsemiconductors 2005已不再使用 技术节点 一词 30 31 itrs2005的预测 32 33 nocompletetechnologicalsolutionavailable physicalgatelengthinnm year wearehere itrs theinternationaltechnologyroadmapforsemiconductors source drain 34 itrs internationaltechnologyroadmapforsemiconductors 等比例缩小原则scalingdown 由欧洲电子器件制造协会 eeca 欧洲半导体工业协会 esia 日本电子和信息技术工业协会 jeita 韩国半导体工业协会 ksia 台湾半导体工业协会 tsia 和半导体工业协会 sia 合作完成 器件尺寸下降 芯片尺寸增加互连层数增加掩膜版数量增加工作电压下降 35 器件几何尺寸 lg wg tox xj 1 k衬底掺杂浓度n k电压vdd 1 k 器件速度 k芯片密度 k2 器件的等比例缩小原则constant fieldscaling downprinciple 36 nec 37 制备超小型晶体管已不再困难 而实现高性能则极具挑战 h iwai solid stateelectronics48 2004 497 503 38 39 集成电路产业体系基本构成 40 无制造厂公司 fablesscompany 只设计芯片 而由其他芯片制造商制造芯片 代工厂 foundry 仅为其他公司生产芯片 无自己的芯片产品 41 42 43 44 45 46 47 48 前道工艺 指从裸晶圆至封装前初测的加工过程 集成电路制造 技术分类 图形转移技术 光刻 刻蚀 化学机械抛光等 薄膜生成技术 外延 氧化 cvd pvd等 掺杂技术 扩散 离子注入等后道工艺 指从集成电路制造后的初测至封装出厂前的加工过程 封装与测试 技术 划片 封装 测试 老化等