01微电子工艺基础绪论

微电子工业基础微电子工艺基础王静Wangjing0631-5683346微电子工艺基础一概述1.2.这门课的对主要对象？3.本课程的主要内容4.第1章绪论1.为什么要学这门课？微电子工艺基础1.为什么要学这门课？微电子技术的发展不外乎包括两个方面：制造工艺和电路设计,而这两个又是相辅相成,互相促进,共同发展。微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米、0.09微米一直发展到当前的0.08微米。只有真正理解了芯片的制作过程，你才能根据具体的需要设计集成度高，功耗低，性能好的器件，从而推动微电子技术的进一步发展。微电子工艺基础1.为什么要学这门课？提高显示芯片的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制造工艺会在显示芯片内部集成更多的晶体管，使显示芯片实现更高的性能、支持更多的特效；更先进的制造工艺会使显示芯片的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的显示芯片产品，直接降低了显示芯片的产品成本，从而最终会降低显卡的销售价格使广大消费者得利；更先进的制造工艺还会减少显示芯片的功耗，从而减少其发热量，解决显示芯片核心频率提升的障碍.....显示芯片自身的发展历史也充分的说明了这一点，先进的制造工艺使显卡的性能和支持的特效不断增强，而价格则不断下滑，例如售价为1500左右的中端显卡GeForce7600GT其性能就足以击败上一代售价为5000元左右的顶级显卡GeForce6800Ultra。微电子工艺基础一概述1.有机电致发光器件的发展2.这门课的研究对象？3.本课程的主要内容4.第1章绪论1.为什么要学这门课？微电子工业基础这门课的对象？微电子工艺基础这门课的对象？interl45nm晶圆Interlpetryn45nm工艺处理器集成了4.1亿个晶体管interlpetryn45nm工艺处理器芯片图interl微处理器芯片微电子工业基础这门课的对象？微电子工业基础这门课的对象？晶圆微电子工业基础这门课的对象？微电子工业基础这门课的对象？微电子工艺基础芯片制作流程微电子工艺基础这门课的对象？？2.这门课的对象？3.本课程的主要内容4.第1章绪论微电子工业基础本课程的主要内容1.微电子产品制作单项工艺的原理、方法及趋势2.集成电路相对于分立器件的特有技术3.典型产品的工艺流程微电子工业基础1、绪论、微电子工艺概况（2学时，p1-p15）2、半导体材料、晶圆制备（3学时，p16-p44）3、污染控制、芯片制造基本工艺（3学时，p45-p89）4、外延工艺（3学时，p255-p259）5、氧化工艺（4学时，p104-p128）6、化学气相淀积（3学时，p241-p255和p261-p265）7、金属淀积（4学时，p266-p285）8、光刻工艺（6学时，p129-p215）9、掺杂技术（4学时，p216-p240）10、封装技术（4学时，p334-p397）本课程的学时安排微电子工业基础参考文献刘玉岭等编著，《微电子技术工程—材料、工艺与测试》施敏等编著，《半导体制造工艺基础》先修课程半导体物理、固体物理学微电子工艺基础一概述1.为什么要学这门课？2.这门课的对象？4.第1章绪论3.本课程的主要内容微电子工业基础第1章绪论本章（2学时）目标：1、分立器件和集成电路的区别2、平面工艺的特点3、微电子工艺的特点4、芯片制造的四个阶段微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业二、芯片制造的几个阶段微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业1、微电子产业在国民经济中的作用*2、半导体工业的诞生*3、分立器件、集成电路***4、微电子工艺的发展****5、微电子产业的分类***微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业1、微电子产业在国民经济中的作用信息业、计算机业以及家电业得益于微电子产业的发展，特别是集成电路的发展集成电路是工业发展水平的标志。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业1、微电子业在国民经济中的作用*2、半导体工业的诞生*3、分立器件、集成电路****4、微电子工艺的发展**5、微电子产业的分类***微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业2、半导体工业的诞生电信号处理工业始于1906年的真空三极管Ge半导体器件于1947年诞生于贝尔实验室，标志着固态电子时代的来临。1959年第一块集成电路的出现标志着半导体发展到了集成电路时代。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业1、微电子业在国民经济中的作用*2、半导体工业的诞生*3、分立器件、集成电路***4、微电子工艺的发展****5、微电子产业的分类***微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业3、分立器件、集成电路水平缩写单位芯片内的器件数小规模集成电路SSI2－50中规模集成电路MSI50－5000大规模集成电路LSI5000－100000超大规模集成电路VLSI100000－1000000特大规模集成电路ULSI＞1000000分立器件：按集成成度分：每个芯片只含有一个器件。每个芯片含有多个元件。集成电路：微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业1、微电子业在国民经济中的作用*2、半导体工业的诞生*3、分立器件、集成电路***4、微电子工艺的发展****5、微电子产业的分类***微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生*****（2）平面工艺的发展**（3）工艺及产品趋势**（4）微电子工艺的特点*****微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生①合金结方法A接触加热：将一个p型小球放在一个n型半导体上，加热到小球熔融平面工艺是由Hoerni于1960年提出的。在这项技术中，整个半导体表面先形成一层氧化层，再借助平板印刷技术，通过刻蚀去除部分氧化层，从而形成一个窗口。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生①合金结方法B冷却：p型小球以合金的形式掺入半导体底片，冷却后，小球下面形成一个再分布结晶区，这样就得到了一个pn结。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生②生长结方法半导体单晶是由掺有某种杂质（例如P型）的半导体熔液中生长出来的。在生长过程中的某一时刻，突然改变熔融液的P/N型。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****合金结的缺点：不能准确控制pn结的位置。生长结的缺点：不适宜大批量生产。扩散形成pn结微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****A扩散结的形成方式与合金结相似点表面表露在高浓度相反类型的杂质源之中与合金结区别点不发生相变，杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部B扩散结的优点扩散结结深能够精确控制。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****C二氧化硅薄膜的优点作为掩蔽膜，有效的掩蔽大多数杂质的扩散提高半导体几何图形的控制精度钝化半导体器件表面，提高了器件的稳定性。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****平面工艺：利用二氧化硅掩蔽膜，通过光刻出窗口控制几何图形进行选择性扩散形成pn结平面工艺的优点：B2O3B2O3兼有固态扩散形成结和利用二氧化硅掩膜精确控制器件几何图形这两方面的优点。B2O3n-si微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****应用平面工艺制作二极管的简要过程：微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****应用平面工艺制作二极管的简要过程（续1）：微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生③扩散结和平面工艺*****应用平面工艺制作二极管的简要过程（续2）：微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生*****（2）平面工艺的发展**（3）工艺及产品趋势**（4）微电子工艺的特点*****微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（2）平面工艺的发展从1959年至今的四十多年间工艺技术的发展，大多数采用平面工艺。60年代，出现了外延技术，如n-Si/n+-Si，n-Si/p-Si，IC制作在外延层上。70年代，离子注入技术，实现了浅结掺杂。新工艺新技术不断出现，例如：等离子技术，电子束光刻，分子束外延等。（参照教材P10~P15）微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生*****（2）平面工艺的发展**（3）工艺及产品趋势**（4）微电子工艺的特点*****微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势①特征图形尺寸的减小特征尺寸/特征图形尺寸：设计中的最小尺寸，通常用微米表示特征尺寸和集成度是集成电路发展的两个共同标志。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势①特征图形尺寸的减小SIA（半导体工业协会）统计2003年工艺为0.35/0.25um2006年为0.18/0.13um由于量子尺寸效应的约束，IC线宽极限尺寸为0.07um。新的预测显示，2005年半导体销售将增长6.8%，达到2276亿美元，而2006年将增长7.9%，达到2455亿美元，2007年将增长10.5%，达到2713亿美元，2008年将增长13.9%，达到3092亿美元。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势①特征图形尺寸的减小特征图形尺寸的减小---电路密度的增加---传输距离短---电路速度提高、功耗降低微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势②芯片和晶圆尺寸的增大几个概念：器件、芯片（die）街区、锯切线晶圆（wafer）晶圆的切面（主切面、副切面）P46微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势②芯片和晶圆尺寸的增大晶圆尺寸从1960年的1英寸到现在的8英寸（200mm）和12英寸（300mm）。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势③缺陷密度的减小100um―1um不是问题1um―1um致命缺陷微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势④内部连线水平的提高高元件密度减小了连线的空间。解决方案：在元件形成的表面上使用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连线。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势④内部连线水平的提高微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势⑥纳电子技术上世纪90年代以来，纳米科技高速发展，微电子技术是主要推动力。⑤芯片成本的降低今天：中等价位的台式机相当于当年IBM大型机的能力。微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生*****（2）平面工艺的发展**（3）工艺及产品趋势**（4）微电子工艺的特点*****微电子工业基础第1章绪论一、微电子产业4、微电子工艺的发展概况（4）微