段辉高-1-微电子工艺概论

1、微电子工艺,湖南大学微电子工艺课程-1,1,任课教师：段辉高 教授 上课时间：19:00-21:35（周二晚） 上课地点：综合楼314,2015.03.10-Duan,2,联系方式： 湖南大学南校区9舍216房间 常年招收对半导体器件工艺和微纳光学感兴趣的同学做研究助理和攻读研究生学位。,个人简介-段辉高,个人简介：1982年生，湖南衡阳人，2010年获兰州大学理学博士 学位。2012年2月起，任湖南大学物理与微电子科学学院教授。 研究方向：微纳加工（亚10纳米电子束加工及应用） 学习经历：2000.09-2004.07，兰州大学本科（物理基地班） 2004.09-2

2、010.07，兰州大学博士（凝聚态物理） 科研经历：2003.09-2006.01，兰州大学，研究助理 2006.02-2008.09，中国科学院电工研究所，研究助理 2008.10-2010.04，美国麻省理工学院（MIT），研究助理 2010.07-2012.02，新加坡科技研究局（A*STAR），研究科学家 2012.05-2012.08，德国斯图加特大学，访问科学家 2012.02-现在，湖南大学教授，博士生导师,3,4,Hunan,Singapore,Stuttgart,Boston,Beijing,Lanzhou,个人简介-段辉高,研究成果一：亚10nm图形曝光工艺与机理研究 成果

3、描述：理论上阐明了亚10纳米电子束曝光图形加工的机理和工艺极限，实验上将电子束曝光工艺推向分辨率极限至亚5纳米尺度。 创新点：首次在理论和实验上对亚10纳米电子束曝光的理论和工艺极限进行系统地研究。 代表作：Adv.Mater.(2008), Nano Lett.(2010) 国际评价：MIT主页新闻专题采访并报道,Nature Nanotechnology/Nature China/NPG Asia Materials亮点报道,全国百篇优秀博士学位论文。,主要学术成绩、创新点,5,研究成果二：亚10nm尺度表面等离激元强耦合行为研究 成果描述：可靠地制作0.5nm-10nm间隙金属纳米结构，

4、通过研究发现表面等离激元在单纳米尺度仍然能用经典电动力学描述。 创新点：发展了一种新型加工工艺实现了单纳米间隙的制作，首次在实验上实现了单纳米尺度表面等离激元的强耦合行为研究。 代表作：Nano Letters(2012),ACS Nano(2011), ACS Nano(2012) 国际评价：被国际顶尖研究小组在Nature、Nature Physics, Nature Materials, Nature Photonics等期刊单篇引用52次。,主要学术成绩、创新点,6,主要学术成绩、创新点,研究成果三：亚10纳米加工在高密度全彩打印领域的应用 成果描述：利用表面等离子体共振性能制作全彩图

5、形并具有10万 dpi分辨率，像素尺寸已接近光学衍射极限且永不褪色。 创新点：通过引入表面等离激元效应，首次实现了10万dpi分辨率的彩色打印，所选择的加工工艺具有量产化的前景。 代表作：PCT国际专利（2012），Nature Nanotechnology (2012) 国际评价：被Nature作为News进行专门点评，后被全世界近100家新闻媒体进行转载和专门点评。,30 m,7,8,50 m,课程目的,为微电子专业的同学讲授基本的半导体（芯片）制造工艺与流程及相关装备，为微电子专业同学将来从事集成电路设计、集成电路制造、半导体装备等相关行业的工作提供扎实的理论知识。(CPU and me

6、mory) 介绍最新前沿的半导体制造工艺及其在前沿科学研究与非集成电路类产品研发中的应用，例如MEMS，Optoelectronics及各种小型化传感器件中的应用。,9,课程主要内容,微电子工艺概论 微电子工艺中的材料 微电子工艺中的厂务（污染噪声控制与安全生产） 微电子分部工艺 清洗 CMP 氧化，薄膜沉积（物理、化学、外延），金属化 光刻，刻蚀 掺杂（扩散、注入与快速退火） 半导体封装 半导体检测（目检、测量及测试）,10,课程教学方式,大班课（段辉高） 制造工艺基本知识 小班讨论课（陈艺勤、向泉） 专题及难点讨论 工艺实验课 专业英文翻译及模拟实验,11,课程考核,期中考试（闭卷）：25

7、% 期末考试（闭卷）：60% 平时成绩（签到及作业）：15%,12,教材,半导体制造技术 Michael Quirk, Julian Serda 著 韩郑生 等译 海潮河 徐秋霞 等审校 电子工业出版社（2004）,13,部分参考书籍,半导体集成电路制造手册 Hwaiyu Geng 等著，赵树斌 等译 电子工业出版社 （2006） 纳米CMOS集成电路-从基本原理到专用芯片实现 Harry Veendrick 著，周润德 译 电子工业出版社（2011） MOS集成电路工艺与制造技术 潘桂忠 编著 上海科学技术出版社（2012） 芯片制造-半导体工艺制程使用课程（第五版） Peter Van Z

8、ant 著，韩郑生 赵树斌 译 电子工业出版社（2012） 微纳尺度制造工程（第五版） 斯蒂芬 坎贝尔 著，严利人 等译 电子工业出版社（2011）,14,建议学习方法,半导体工艺每年都在更新，许多技术即使在最新的课本上也未讨论； 微电子工艺是微电子专业核心专业课，但大多数授课老师并没有使用或者研究过工艺，更没有Foundry经验。 基于以上两点： 强烈建议同学们结合授课老师的上课内容，在业余时间通过查询资料进行知识更新。,15,建议学习方法,（1）多阅读相关的参考书籍，建议看3本以上，图书馆是个好地方； （2）利用关键词将网络上相关的课件下载下来阅读，例如百度文库或者新浪爱问； （3）利用G

9、oogle 搜索ppt semiconductor manufacturing，下载相关PPT了解一下； （4）跟踪行业内最新技术进展，关注相关新闻。,16,第一章微电子工艺导论,17,为什么要学习微电子工艺？,为什么要学习电子科学与技术专业？ （产业前景好，所以工作钱景好） 为什么这个专业非要开微电子课程？ （微电子技术在电子科技中的核心地位） 为什么微电子专业非要学好微电子工艺？ （让我们来看看微电子技术的主要就业出路-电路设计与应用、集成电路设计、集成电路制造、封装与测试） 微电子工艺在其它领域的强大应用（MEMS，太阳能电池、光电探测器、LED、激光器、集成光路等）,18,微电子在经济

10、活动中的核心地位,19,没有微电子的电子工业只能是劳动密集型的组装业，不能形成高附加值的知识经济。,彩电,钢铁,汽车,计算机,集成电路,我国IT企业与Intel公司利润的比较,20,集成电路设计与制造主要框架,21,工艺是微电子产业中的核心环节,设计（美国-Intel/AMD/Micron/IBM，韩国三星） 设备（美国Applied Materials，荷兰ASML） 材料（日本） 代工厂（台湾TSMC、大陆SMIC、意法半导体、英飞凌半导体、台联电等等） 封装与测试（中国） 应用（3C应用）,22,从沙子到芯片,23,核心,工艺,核心工艺,24,工艺相关的几个概念,制造业（如机械制造） 半

11、导体制造 芯片制造 集成电路制造 微电子工艺 微纳加工 微纳结构,25,获取微纳结构的方法,自上而下（加减法） 机械方法 物理化学方法,26,获取微纳结构的方法,自下而上（加法） 化学生长 自组装,27,DNA 可编程自组装,典型的集成电路芯片,28,处理器,存储器,多达500多道工艺，几十个掩模板！,摩尔定律-集成电路工艺进步的驱动力,摩尔定律的定义 集成电路单位面积上的晶体管数目每18个月翻一番。 摩尔定律的驱动力 市场需求（更低价格、更高速度） 按比例缩小定律 工作频率、开关电压、能耗等的变化； 设计、材料、工艺的变化。,29,第一个晶体管与集成电路,30,(Bell Labs, 194

12、7),(TI, 1958),获得2000年Nobel物理奖,获得1956年Nobel物理奖,器件小型化,31,The next decade of computing: smaller & faster & cheaper (source: ),MPU/DRAM time line,Research Required,Development Underway,Qualification/Pre-Production,Continuous Improvement,(ITRS 2011 edition),2003 90 nm,2005 65 nm,2007 45 nm,2009 32 nm,2011 22 nm,Invented SiGe Strained Silicon,2nd Gen. SiGe Straine