半导体工艺原理及技术绪论

1、张晓波张晓波北方工业大学微电子实验中心北方工业大学微电子实验中心半导体工艺原理与技术4. 庄同曾庄同曾集成电路制造技术集成电路制造技术原理与实践原理与实践电子工业出版社电子工业出版社1. Michael Quirk,Julian Serda著著半导体制造技术半导体制造技术韩郑生韩郑生 等等译译.电子工业出版社电子工业出版社.2004.12. 美美 Stephen A. Campbell The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication 曾莹等译曾莹等译微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术电子工业出版社电子工

2、业出版社3. 美美 James D. Plummer, Michael Deal, Peter B. Griffin Silicon VLSI Technology Fundamentals, Practice and Modeling严利人严利人 等译等译 硅超大规模集成电路工艺技术理硅超大规模集成电路工艺技术理论、实践与模型论、实践与模型 电子工业出版社电子工业出版社第第1 1章章 绪论绪论4 4学时学时第第2 2章章 衬底材料衬底材料2 2学时学时第第3 3章章 氧化氧化2 2学时学时第第4 4章章 扩散扩散2 2学时学时第第5 5章章 离子注入离子注入2 2学时学时第第6 6章章 光刻

3、光刻 4 4学时学时第第7 7章章 物理汽相物理汽相淀积淀积2 2学时学时第第8 8章章 化学化学汽相淀积汽相淀积2 2学时学时第第9 9章章 刻蚀刻蚀2 2学时学时第第1010章章 工艺集成工艺集成 8 8学时学时第第1 11 1章章 后工序后工序 2 2学时学时 总学时总学时 32 32学时学时授课内容半导体工艺多媒体实验平台的应用；半导体工艺多媒体实验平台的应用；4学时学时工艺模拟软件的基本操作；工艺模拟软件的基本操作；2学时学时用工艺模拟软件进行扩散工艺模拟；用工艺模拟软件进行扩散工艺模拟；2学时学时用工艺模拟软件进行氧化工艺模拟；用工艺模拟软件进行氧化工艺模拟；2学时学时用工艺模拟软

4、件进行离子注入工艺模拟；用工艺模拟软件进行离子注入工艺模拟；2学时学时用工艺模拟软件进行用工艺模拟软件进行CVD工艺模拟；工艺模拟；2学时学时用工艺模拟软件进行外延工艺模拟；用工艺模拟软件进行外延工艺模拟；2学时学时用工艺模拟软件进行双极及用工艺模拟软件进行双极及MOS工艺模拟；工艺模拟；4学时学时半导体薄膜厚度的测量；半导体薄膜厚度的测量；2学时学时集成电路芯片的解剖分析实验；集成电路芯片的解剖分析实验；10学时学时 总学时总学时 3232学时学时实验内容第第1 1章章 绪论绪论IC发展历史 电子管晶体管集成电路超大规模集成电路； 摩尔定路、特征尺寸、技术节点等概念；IC制造基本内容 IC基

5、本组成单元； IC制造基本流程；IC 辅助工艺简介 洁净度要求（超净间、纯水、超纯气体）； 常用化学试剂的安全使用；1947年年发明点发明点接触晶接触晶体管体管（贝尔（贝尔实验室）实验室）世界上第一个点接触晶体管世界上第一个点接触晶体管NNNNPNNPP1950年发明生长结晶体管（年发明生长结晶体管（TI）NNNNPPInIn1951年发明了年发明了合金结双极型晶体管合金结双极型晶体管威廉肖克利：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 NNNNNN1957年的台面型双扩散晶体管年的台面型双扩散晶体管NNPPPP1958年，年，Fairchild 的的Jean Hoerni

6、发明平面工艺发明平面工艺NNNNNNPPPSiO2NPN1959年发明集成电路年发明集成电路关键的技术关键的技术：采用掩膜版和光刻技术，在：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。同一个芯片内制造多个器件，并互相连接。它结合扩散工艺和它结合扩散工艺和SiO2钝化层，形成了现钝化层，形成了现代代IC的结构。的结构。发明人发明人：Texas Instruments 的的 Jack Kilby 和和 Fairchild Semiconductor 的的 Robert Noyce。 因此，因此，Jack Kilby获得诺贝尔物理获得诺贝尔物理奖。奖。 Jack Kilby发明的第

7、一个集成电路发明的第一个集成电路获得获得2000年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖第一个单片平面集成电路第一个单片平面集成电路罗伯特诺伊思（Robert Noyce）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（Gordon Moore） 和安德鲁格罗夫（Andrew Grove）在1968年创办了英特尔公司 1962年研制出年研制出MOS场效应晶体场效应晶体管管金属栅金属栅绝缘层绝缘层源区源区漏区漏区PMOS (Fairchild); NMOSFET(RCA)1965年发明双列直插式封装年发明双列直插式封装 1971年，英特尔公司的霍

8、夫发年，英特尔公司的霍夫发明了微处理器明了微处理器4004。 1973年，英特尔公司制造出了第二年，英特尔公司制造出了第二代微型计算机代微型计算机8080、8086。以后陆续诞。以后陆续诞生了生了8088、286、386、486、586、奔、奔3、奔奔4、 1965年，Gordon Moore提出了一个关于集成电路发展的预测：“The complexity for minimum component cost has increased at a rate of roughly a factor of two per year”.后来在1975年被修正为：The number of compo

9、nents per IC doubles every 18 - 24 months.“集成电路中的元件数每集成电路中的元件数每1824个月翻一倍个月翻一倍。”摩尔定律Moores law300mm硅片和intel Pentium-IV芯片集成度增加趋势线宽变窄趋势芯片面积增加趋势掩膜层数增加趋势缺陷密度下降趋势价格下降趋势 特征尺寸特征尺寸（Feature Dimension)：芯片上的物理尺寸特征。最小特征尺寸也称为关键尺寸（CD：Critical Dimension）。 一般把CD作为定义制造复杂性水平的标准，并照此定义了“技术节点技术节点”（technology node）。 随着技术的

10、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(The International Technology Roadmap for Semiconductors)2005已不再使用“技术节点”一词。ITRS 2005 ITRS 2005 的预测的预测集成电路中的基本组成单元1. 1.电阻电阻2. 2.电容电容3. 3.晶体管晶体管4. 4.MOSMOS管管5.CMOS5.CMOS基本单元基本单元P阱CMOSN阱CMOS双阱CMOS6.BiCMOS6.BiCMOS基本单元基本单元集成电路产业体系基本构成无制造厂公司（无制造厂公司（fabless company)：只设计芯片，而由其

11、他芯片：只设计芯片，而由其他芯片制造商制造芯片。制造商制造芯片。代工厂（代工厂（foundry)：仅为其他公司生产芯片，无自己的芯片产品。：仅为其他公司生产芯片，无自己的芯片产品。2004全球芯片厂商十强2007全球芯片厂商十强2004年度10大集成电路与分立器件制造企业 2006年度10大集成电路与分立器件制造企业 2004年度10大封装测试企业 2006年度10大封装测试企业 2014年中国十大集成电路封装公司排行榜 智瑞达科技（苏州）有限公司 飞思卡尔半导体（中国）有限公司 上海松下半导体有限公司 深圳赛意法微电子有限公司 英飞凌科技（无锡）有限公司 威讯联合半导体（北京）有限公司 江苏

12、长电科技股份有限公司 三星电子（苏州）半导体有限公司 瑞萨半导体（北京）有限公司 星科金朋（上海）有限公司2004年度10大集成电路设计企业2006年度10大集成电路设计企业2013年中国10大IC设计公司销售排名中国晶圆厂分布中国12英寸芯片项目 中国拟建的12英寸项目中国8英寸芯片项目 中国在建的8英寸项目 前道工艺前道工艺：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；辅助工艺辅助工艺：指为保证前后道正常进行的一些辅助性工艺技术