VLSI-01第一讲-前言

372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分1集成电路工艺原理仇志军[e-mail](username&password:vlsi)邯郸路校区物理楼435室助教：沈臻魁[e-mail]杨荣[e-mail]邯郸路校区计算中心B204372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分2大纲（1）教科书：J.D.Plummer,M.D.Deal,P.B.Griffin,“SiliconVLSITechnology”参考书：•C.Y.Chang,S.M.Sze,“ULSITechnology”•王阳元等,“集成电路工艺原理”•M.Quirk,J.Serda,“半导体制造技术”成绩计算：出勤10％＋平时成绩（作业、讨论和/或测验）30％＋期终考试60％请假需有辅导员签名！补交作业，扣分！！372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分3大纲（2）第一章前言第二章现代CMOS器件工艺第三章晶体生长、硅片制备及硅片基本性能第四章半导体制造：净化间、硅片清洗和吸杂第五章光刻第六章热氧化及SiO2/Si界面第七章热扩散第八章离子注入第九章薄膜淀积第十章刻蚀第十一章后端工艺（金属化等）ReferencetobookofPlummeretal.372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分4大纲（3）第一讲前言第二讲实验室净化及硅片清洗第三讲光刻原理1第四讲光刻原理2第五讲热氧化原理1第六讲热氧化原理2第七讲扩散原理1第八讲扩散原理2第九讲离子注入原理1第十讲离子注入原理2第十一讲薄膜淀积原理1第十二讲薄膜淀积原理2第十三讲薄膜淀积原理3第十四讲刻蚀原理第十五讲接触和互连第十六讲工艺集成第十七讲前瞻性工艺研究372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分5第一讲前言第二讲实验室净化及硅片清洗第三讲光刻原理1第四讲光刻原理2第五讲热氧化原理1第六讲热氧化原理2第七讲扩散原理1第八讲扩散原理2第九讲离子注入原理1第十讲离子注入原理2第十一讲薄膜淀积原理1第十二讲薄膜淀积原理2第十三讲薄膜淀积原理3第十四讲刻蚀原理第十五讲接触和互连第十六讲工艺集成第十七讲前瞻性工艺研究372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分6W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain1stpointcontacttransistorin1947--byBellLab多晶Ge1956年诺贝尔物理奖点接触晶体管：基片是N型锗，发射极和集电极是两根金属丝。这两根金属丝尖端很细，靠得很近地压在基片上。金属丝间的距离：200~250μm372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分7Ti公司的Kilby12个器件，Ge晶体372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分8(FairchildSemi.)SiIC372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分9简短回顾：一项基于科学的伟大发明Bardeen,Brattain,Shockley,FirstGe-basedbipolartransistorinvented1947,BellLabs.NobelprizeAtalla,FirstSi-basedMOSFETinvented1958,BellLabs.Kilby(TI)&Noyce(Fairchild),Inventionofintegratedcircuits1959,NobelprizePlanartechnology,JeanHoerni,Fairchild,1960FirstCMOScircuitinvented1963,Fairchild“Moore’slaw”coined1965,FairchildDennard,scalingrulepresented1974,IBMFirstSitechnologyroadmappublished1994,USA372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分10•SSI(小型集成电路)，晶体管数10~100，门数10•MSI(中型集成电路)，晶体管数100~1,000，10门数100•LSI(大规模集成电路)，晶体管数1,000~10,0000，门数100•VLSI(超大规模集成电路)，晶体管数100,000~1,000,000•ULSI(特大规模集成电路)，晶体管数1,000,000•GSI(极大规模集成电路)，晶体管数109•SoC－－system-on-a-chip/SIP－－systeminpackagingVLSI372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分11摩尔定律（Moore’sLaw)硅集成电路二年（或二到三年）为一代，集成度翻两番，工艺线宽约缩小30%，芯片面积约增1.5倍，IC工作速度提高1.5倍技术节点特征尺寸DRAM半导体电子：全球最大的工业372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分12ExplosiveGrowthofComputingPowerPentiumIV1sttransistor19471stelectroniccomputerENIAC(1946)VacuumTuber1stcomputer(1832)MacroelectronicsMicroelectronicsNanoelectronics372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分132003Itanium2®19714004®2001PentiumIV®1989386®2300134000410M42M1991486®1.2Mtransistor/chip10µm1µm0.1µmtransistorsizeHumanhairRedbloodcellBacteriaVirus372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分14Nocompletetechnologicalsolutionavailable!!!PhysicalgatelengthinnmYearGateSourceDrainsilicidemetalmetalchannelgateoxideWearehere.ITRS,theInternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors:集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分15ITRS—InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors预言硅主导的IC技术蓝图等比例缩小原则Scalingdown由欧洲电子器件制造协会（EECA）、欧洲半导体工业协会（ESIA）、日本电子和信息技术工业协会（JEITA）、韩国半导体工业协会（KSIA）、台湾半导体工业协会（TSIA）和半导体工业协会（SIA）合作完成。•器件尺寸下降，芯片尺寸增加•互连层数增加•掩膜版数量增加•工作电压下降作业1372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分16器件几何尺寸：Lg，Wg，tox，xj→×1/k衬底掺杂浓度N→×k电压Vdd→×1/k⇒器件速度→×k芯片密度→×k2器件的等比例缩小原则Constant-fieldScaling-downPrinciple372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分17NEC372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分18制备超小型晶体管已不再困难而实现高性能则极具挑战H.Iwai,Solid-StateElectronics48(2004)497–503372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分19372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分20基本器件MOS器件：高密度、更低功耗、更大的设计灵活性NMOS,PMOS,CMOSBJT：模拟电路及高速驱动CMOSn+n+p+p+372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分21CMOS372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分22BECppn+n-p+p+n+n+BJT372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分23单晶材料：~450mm/18”Si成为IC主流的优势：Si/SiO2界面的理想性能地壳丰富的Si含量单晶的简单工艺平面工艺的发展GordenTeal(TI)372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分24单晶锗和单晶硅1stjunctiontransistor372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分25生长结晶体管372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分26合金结晶体管扩散372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分27双扩散台面（MESA）晶体管气相扩散图形化-腐蚀372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分28平面工艺发明人：JeanHoerni－－Fairchild1958-1960:氧化p－n结隔离Al的蒸发……372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分29扩散光刻氧化掩蔽372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分30平面工艺基本光刻步骤光刻胶掩膜版372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分31J.Kilby－TI2000诺贝尔物理奖R.Noyce－FairchildTurningPotentialintoRealities:TheInventionoftheIntegratedCircuit阅读作业半导体Ge，Au线半导体Si，Al线372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分32应用平面工艺可以实现多个器件的集成372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分33Actualcross-sectionofamodernmicroprocessorchipfromIBMWCu372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分34IC技术发展历程•1960sBJT•气相掺杂＋外延•p-n结隔离•6－8次光刻372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分35IC技术发展历程•1970sE/DNMOS•LOCOS隔离技术LOCalOxidationofSilicon•耗尽型NMOS面积减小，集成度提高•光刻版数量与BJT相近ED372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分36IC技术发展历程•1980sCMOS•低功耗、散热•集成度提高•12～14块光刻版372.065.1.01集成电路工艺原理第一讲前言2020年9月13日7时28分37IC技术发展历程•1990sBiCMOSCMOS实现高集成度的内部电路BJT实现输出驱动电路光刻版2