微电子工艺课件

“微电艺”复“微电子工艺”复习微固学院邓小川d@[e-mail]课程总体介绍课程总体介绍一课程性质和任务一、课程性质和任务：“微电子工艺”这门课程是电子科学与技“微电子工艺”这门课程是电子科学与技术专业（微电子技术方向）的专业选修课；对微电子器件和集成电路制造工艺及原理有一个比较完整和系统的概念及认识；先修课程：半导体物理，普通物理，集成先修课程：半导体物理，普通物理，集成电路设计。2课程总体介绍课程总体介绍二教学内容和要求二、教学内容和要求理论教学（32学时）理论教学（32学时）；系统学习硅集成电路平面工艺，包括硅片制备、氧化、淀积、光刻、刻蚀、离子注入、金属化、化学机械平坦化等各工艺的基本原理和方法械平坦化等各工艺的基本原理和方法。实验教学（16学时）熟悉基本的半导体工艺（清洗、氧化以及光刻）；晶体管器件参数测试方法；版图EDA工具L-Edit的使用。3晶体管器件参数测试方法；版图EDA工具LEdit的使用。课程总体介绍三、课时分配课程总体介绍三、课时分配内容讲课内容讲课第1章：导论/半导体产业介绍2第13－15章：光刻6第4章：硅和硅片制备1第16章：刻蚀3第4章：硅和硅片制备1第16章：刻蚀3第9章：集成电路制造工艺概况3第17章：离子注入/扩散3第10章：氧化2第18章：化学机械平坦化2第11章：淀积3第20章：装配与封装2第12章：金属化2作业/复习3合计（学时）324合计（学时）32课程总体介绍四、教材及参考书课程总体介绍四教材及参考书教材半导体制造技术SidtMftiThl半导体制造技术：SemiconductorManufacturingTechnology；MichaelQuirk,JulianSerda著；韩郑生等译；电子工业出版社，2009；参考书微电子制造科学原理与工程技术，曾莹等译，电子工业出版微电子制造科学原理与工程技术，曾莹等译，电子工业出版社，2005；硅超大规模集成电路工艺技术－理论、实践与模型，严利人等译电子业出版社等译，电子工业出版社，2005；集成电路工艺基础，王阳元，高等教育出版社，1991。ULSITechnology，C.Y.Chang，S.M.Sze，Mcgraw-Hill5ULSITechnology，C.Y.Chang，S.M.Sze，McgrawHillCollege，1996。课程总体介绍五、考试安排课程总体介绍五、考试安排考试题型：简答题；作图题；计算题。考试时间：教务科通知教务科通知。考试方式：开卷，平时成绩（到课率、交作业）约占10％，期末考试90％。6课程总体介绍六课程答疑课程总体介绍六、课程答疑时间时间星期五下午三点地点地点211楼806室（微固学院楼背后）联系方式邮箱：xcdeng@uestceducn邮箱：[e-mail]电话：[phone]课程总体介绍七、课程中心课程总体介绍七、课程中心请使用“课程中心”教学平台下载课件。地址：“课程中心”是学校新引进的BB教学平台。该平台使用简便、安全性高安全性高。学生登录的用户名为学号，初始登录密码：15位身份证号码：取昀后6为密码18位身份证号码取去掉昀后1位的倒数6位为取昀后6为密码；18位身份证号码：取去掉昀后1位的倒数6位为密码。如按照此规则输入密码仍无法登录，请尝试用学号为密码登录。码登录。登录系统后请先修改自己的密码和email地址。如果有问题，请联系信息中心，电话：83202366。8如果有请信中第一章导论半导体产业半导体产业911引言1.1引言微电子学：Microelectronics－微型电子学微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路及系统的电子学分支微电子学：Microelectronics微型电子学成的微小型化电路及系统的电子学分支。电子子学10核心：集成电路。微电子学11引言1.1引言集成电路：ICIntegratedCircuit通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源件容等件连集成电路：IC，IntegratedCircuit器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如Si、GaAs）上，封装在个外壳内执行特定电路或系统功能在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。封装后的集成电路集成电路1111特征尺寸CommonICFeatures1.1特征尺寸ContactHoleLineWidthSpace关键尺寸(CD)：集成电路中半导体器件能够加工的昀小尺寸。它是衡量集成电路设计和制造水平的重要尺度，关键尺寸越小，12它是衡量集成电路设计和制造水平的重要尺度，关键尺寸越小，芯片的集成度越高，速度越快，性能越好11特征尺寸1.1特征尺寸关键尺寸(CD)的发展1311特征尺寸晶体管集成数量的发展1.1特征尺寸1971年，Intel的第一个微处理器4004：10微米工艺，仅包含2300多只晶体管；142010年，Intel的昀新微处理器Corei7：32纳米工艺，包含近20亿只晶体管。12摩尔定律TheMoore’sLaw－摩尔定律1.2摩尔定律Moore定律是在1965年由INTEL公司的GdM提的GordonMoore提出的，其内容是：硅集成电路按照4年为集成电路按照年为一代，每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%IC线宽约缩小30%，IC工作速度提高1.5倍等发展规律发展。主要有以下三种版本：1、芯片上所集成的晶体管的数目，每隔18个月就翻一番。微处器的性能每隔个月提高倍而价格降倍152、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。13硅片尺寸1.3硅片尺寸硅片尺寸（WaferSize）的发展2008年片尺寸的发展2000年1992年1987年年1981年1975年1965年1965年1650mm100mm125mm150mm200mm300mm450mm2吋4吋5吋6吋8吋12吋18吋14半导体产业发展趋势1.4半导体产业发展趋势SiP＋3D集成融合17ITRS国际半导体技术蓝图14MoreMoore1.4MoreMoore“MoreMoore”－芯片特征尺寸的不断缩小。从几何学角度指的是为了提高密度性能和可靠性在晶圆水平和从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小与此关联的3D结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影18关结构改善等非几何学技术新材料用来响晶圆的电性能。14MoreMooreMoreMoore1.4MoreMooreHigh-K材料：高介电常数，取代SiO2作栅介质，降低漏电。High-K材料相对介电常数为25左右，甚至可以到37。19gLow-K材料：低介电常数，减少铜互连导线间的电容，提高信号速度。Low-K材料相对介电常数在3左右。20ITRS国际半导体技术蓝图14MoreThanMoore1.4MoreThanMooreMoreThanThanMoore功能多样化的“MoreThanMoore”指的是用各种方法给最终用户提供附加价值不定要缩小特征尺寸如从系统组件级向3D集成或精确的封装21加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。14MoreThanMoore1.4MoreThanMoore功率系统集成芯片(PowerSoCorSiP)功率器件2215集成电路IC企业划分◎集成电路IC企业大致上可分为以下几类1.5集成电路IC企业划分通用电路生产厂，典型—生产存储器和CPU；集成器件制造商(IDM-IntegratedDeviceManufactory集成器件制造商(IDMIntegratedDeviceManufactoryCo.)，从晶圆之设计、制造到以自有品牌行销全球皆一手包办，如Intel，Mortorola；Foundry厂，标准工艺加工厂或称专业代工厂商，如TSMC、SMIC；Fabless：IC设计公司，只设计不生产。如AMD；Chipless：既不生产也不设计芯片，而是设计IP内核授权给半体公使如核，授权给半导体公司使用。如RAM（AdvancedRISCMachines）；Fbli轻晶片厂有少量晶圆制造厂的IC公司23Fablite：轻晶片厂，有少量晶圆制造厂的IC公司。第二章硅和硅片的制备硅和硅片的制备2421半导体级硅2.1半导体级硅SiHCl3Polycrystallinesiliconrod多晶硅棒西门子工艺提纯的材料有很高纯度：99.9999999%(共9个9)；没有按照希望的晶体顺序排列原子还不顺序排列原子，还不能直接使用。SGS的西门子反应器25SGS的西门子反应器22晶体结构－多晶和单晶结构2.2晶体结构多晶和单晶结构多晶结构单晶结构多晶结构Polycrystallinestructure单晶结构Monocrystallinestructure单晶硅结构：晶胞重复的单晶结构能够制作工艺和器件特性所要求的电学和机械性能。糟糕的晶体结构和缺陷会导致微缺陷的形成并将影响晶片制备26和缺陷会导致微缺陷的形成，并将影响晶片制备23单晶硅生长－CZ法2.3单晶硅生长CZ法CZ法(Czochralski切克劳斯基）法(切克劳斯CZ法生长单晶硅把熔化的半导体级硅液体变成有正确晶向并且被掺杂成n或p型的固体硅锭；85%以上的单晶硅是采用CZ法生长；以的单晶是采用法长；籽晶为所需晶向的单晶硅。CZ法生长的硅锭SiliconIngotGrownbyCZMethod2723单晶硅生长－CZ单晶炉2.3单晶硅生长CZ单晶炉CrystalpullerandCrystalseed籽晶Crystalpullerandrotationmechanism单晶拉伸与转动机械SinglecrystalsiliconMoltenpolysilicon熔融多晶硅Singlecrystalsilicon单晶硅Heatshield热屏蔽Quartzcrucible石英坩锅Carbonheatingelement拉单晶炉Waterjacket水套Carbonheatingelement碳加热部件28CZ拉单晶炉－CZCrystalPuller23单晶硅生长－CZ单晶炉2.3单晶硅生长CZ单晶炉直拉法目的实现均匀掺杂和复直拉法目的：实现均匀掺杂和复制籽晶结构，得到合适的硅锭直径，限制杂质引入；关键参数：拉伸速率和晶体旋转关键参数：拉伸速率和晶体旋转速度。300mmSicrystalpuller29ypPhotographcourtesyofKayexCorp.,24单晶硅生长－区熔法区熔法（FloatZone）晶体生长气体入口2.4单晶硅生长区熔法区熔法（FloatZone）晶体生长气体入口Gasinlet(inert)卡盘Chuck熔融区Moltenzone多晶硅（硅）棒rod可移动RF线圈TravelingRFcoilRF纯度高，含氧量低晶圆直径小籽晶Seedcrystal卡盘Chuck晶圆直径小30惰性气体出口InertgasoutChuck25硅片制备－晶向选取常用的硅片2.5硅片制备晶向选取常用的硅片CMOS电路CMOS电路Ptype（Borondoped）（100）晶向电阻率：10~50Ω•cmBJTBJT(111)晶向31第三章集成电路制造工艺概况集成电路制造工艺概况3231硅片制造厂的分区概述亚微米CMOSIC制造厂典型的硅片流程模型3.1硅片制造厂的分区概述亚微米CMOSIC制造厂典型的硅片流程模型硅片制造前端抛光硅片起始薄膜硅片制造前端抛光无图形的硅片薄膜扩散刻蚀光刻完成的硅片测试/拣选t注入3332CMOS工艺流程3.2CMOS工艺流程PassivationBondPadIMD1WViaP