ch-1材料与工艺概论.ppt

SemiconductorMaterials BasicPrincipleofICPlanarProcessing半导体材料和集成电路平面工艺基础 References Materials 3 材料科学与技术丛书 半导体工艺 K A 杰克逊等主编 科学出版社 1999 ProcessingofSemiconductors ByKennethA JacksonandWolfgangSchr ter Wiley VCH 1996 Ch1 Ch2 4 半导体器件的材料物理学基础 陈治明等 科技版 1999 5 微电子技术工程 材料 工艺与测试 刘玉岭等 电子工业出版社 2004 1 SiliconProcessing ByStanleyWolfandRichardN Tauber LatticePress 2000 Ch1 Ch2 2 SiliconVLSITechnology Fundamentals PracticeandModeling ByLameD Plummeretal PearsonEducation 2000 Ch3 References Processing 3 SiliconProcessing ByStanleyWolfandRichardN Tauber LatticePress 2000 4 ULSITechnology ByG Y ChangandSimon M Sze MiGrawHill 1996 5 半导体制造技术 MichaelQuirk JulianSerda 科学出版社 1999 SemiconductorManufacturingTechnology PrenticeHall 2001 6 微电子技术工程 材料 工艺与测试 刘玉岭等 电子工业出版社 2004 1 TheScienceandEngineeringofMicroelectronicFabrication ByStephenA Campbell Oxford 2ndEdition 2001 2 SiliconVLSITechnology Fundamentals PracticeandModeling ByLameD Plummeretal PearsonEducation 2000 主要教学内容 第一篇 Overview Materials 第一章 IC平面工艺及发展概述第二章 半导体材料的基本性质第三章 Si单晶的生长与加工第四章 几种化合物半导体的材料生长与加工小结 材料器件工艺 第二篇 UnitProcess 第一章 IC制造中的超净和硅片清洁技术第一单元 热处理和局域掺杂技术第二章 扩散掺杂技术 Ch3 第三章 热氧化技术 Ch4 第四章 离子注入技术 Ch5 第五章 快速热处理技术 Ch6 第二单元 图形加工技术第六章 图形转移技术 光刻技术 Ch7 9 第七章 图形刻蚀技术 Ch10 第三单元 薄膜技术第八章 薄膜物理淀积技术 Ch12 第九章 薄膜化学汽相淀积 CVD 技术 Ch13 第十章 晶体外延生长技术 Ch14 第四单元 集成技术简介第十一章 基本技术 Ch15 第十二章 几种IC工艺流程 Ch16 第十三章 质量控制简介 第一章 IC平面工艺及发展概述集成电路芯片 集成电路芯片 集成电路芯片 集成电路芯片 第一章 IC平面工艺及发展概述1 集成电路的基本单元 有源元件 二极管 按结构和工艺 金 半接触二极管 肖特基二极管 点接触二极管 面结型二极管 合金结二极管 扩散结二极管 生长结二极管 异质结二极管 等按功能和机理 振荡 放大类 耿氏二极管 雪崩二极管 变容二极管 等信号控制类 混频二极管 开关二极管 隧道开关二极管 检波二极管 稳压二极管 阶跃二极管 等光电类 发光二极管 LED 半导体激光器 光电二极管 探测器 晶体管 双极型晶体管 NPN PNP 合金管 合金扩散管 台面管 外延台面管 平面管 外延平面管等场效应晶体管 P沟 N沟 增强型 耗尽型 MOS场效应晶体管 MOSFET 结型场效应晶体管 JFET 肖特基势垒场效应晶体管 SBFET 2 集成电路的分类 按功能 数字集成电路 模拟集成电路 微波集成电路 射频集成电路 其它 按工艺 半导体集成电路 双极型 MOS型 BiCMOS 薄 厚膜集成电路 混合集成电路按有源器件 双极型 MOS型 BiCMOS 光电集成电路 CCD集成电路 传感器 换能器集成电路按集成规模 小规模 SSI 中规模 MSI 大规模 LSI 超大规模 VLSI 甚大规模 ULSI 巨大规模 GLSI 3 基本工艺流程举例几种二极管的基本结构合金平面生长 异质 台面Schottky几种晶体管的基本结构合金生长 异质 平面1平面2MOS 1 简单的BipolarIC结构 2 Si双极npn晶体管芯片的工艺流程 1 衬底制备 2 外延生长 3 一次氧化 4 一次光刻 5 基区扩散 6 二次氧化 7 二次光刻 8 发射区扩散 9 三次氧化 10 三次光刻 11 金属镀膜 12 反刻金属膜13 背面镀膜 14 合金化 一次光刻 基区 二次光刻 发射区 三次光刻 引线孔 四次光刻 反刻引线 负性光刻胶 氧化台阶 套刻 电容 MOSPNJunction 电阻 元器件的平面结构 Vin Vout VDD Ground DRAM 3 IC的基本制造环节晶片加工外延生长介质膜生长图形加工局域掺杂金属合金封装 测试 材料厂 Foundry 封装厂 4 发展 历史和现状 出现 IC LSI VLSI和ULSI 规律 特征尺寸 工业化方式和SoC趋势MEMS OEIC MOMES 生物芯片 KilbyTexasInstrum TI 1959Feb GemesatransistorsPatentNo 3138743 出现 NoyceFairchild1959JulySiplanarIC2981877 沟道长度 0 13 m 特征尺寸 15inch 2cm2 Chip Wafer 300mmMEMCElectronicMaterials 38 摩尔定理 由Intel创始人之一的Moore提出的 被人认为可以获得诺贝尔经济学奖的定理 一块芯片上的晶体管数目大约每隔12个月翻一番 1964年 1975年修订为18个月 实现途径 晶体管尺寸减小 芯片尺寸增大 Moore sLow Moore sLow WorldSemiconductorTradeSystem From www wsts org SoC SystemonChip芯片系统集成 MEMS Micro ElectronicMechanicSystem微电子机械系统 OEIC OptoelectronicIntegratedCircuit光电子集成系统 MOMES 1 微电子机械系统 MEMS 微电子技术与精密机械技术相结合 将微型传感器 力 热 光 电 磁 声 微型执行器 如 机械 信号处理与控制电路 接口电路 通信系统以及电源集成一体 目前主要用硅材料和介质膜通过光刻技术实现 厚 20 30 m直径 4mm转速 200rpm 物理要点 振动的质量块电容极板在非惯性系统中受到科氏力的作用 质量块移动而引起电容的变化 LabonChip 2 光电子集成芯片以微电子加工技术为基础 将激光器 光调制器 光开关等等光子器件通过光波导的互连而优化集成在一个芯片上 实现各种系统功能 硅基材料 光学晶体 光学薄膜 激光多普勒速度仪 LiNbO3 3 DNA芯片 基本思想是通过施加电场等措施 使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性 制作高密度的特定的探针阵列性芯片 进行基因识别和分析 生物成分分析芯片 LoS LabonSystem 5 微电子技术的发展趋势1 集成电路 超大 单元数 芯片面积 超微 关键尺寸 多功能 高性能 快速 低功耗 抗干扰 SoC SystemonChip 低成本高可靠性2 工艺技术 大直径材料 8 12 15 光刻极限 0 35 0 13 90nm 40nm 25nm 新结构器件 应变硅 纳电子技术 高k介质 超纯环境和材料 半导体材料 介质材料 试剂 新测试和封装技术单项技术 压印光刻技术等 3 新领域 MEMS 多样化 小型化 与控制电路集成纳电子 量子线 点微结构 集成化 工作温度新材料电子器件 有机分子电路 自旋器件光子晶体 短波长 局域生长 三