微電子工藝課件Chapter 1(zhang)

1、授課教師：辦公室：211樓1101電話： 028，E-mail: 1電子科技大學(xué)課程中心關(guān)于更新課程中心登錄密碼的通知：各位老師、同學(xué)：課程中心已于上學(xué)期期末進(jìn)行了系統(tǒng)升級，并與信息門戶網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)了密碼統(tǒng)一。自即日起，登錄課程中心的用戶帳號不變，仍為工資號或?qū)W號，密碼與信息門戶網(wǎng)站的登錄密碼一致。信息門戶網(wǎng)站初始登錄密碼：1） 15位身份證號碼：取最后6為密碼;18位身份證號碼：取去掉最后1位的倒數(shù)6位為密碼2）如按照1）的規(guī)則輸入密碼無法登錄，請嘗試用工資號或者學(xué)號為密碼登錄。如果您遺忘了密碼，可以找回。 校園信息門戶2研究領(lǐng)域：硅基集成光電子學(xué)（ Silicon-based OEIC ）研究

2、方向：硅基高效發(fā)光材料與器件，包括 1、硅基摻鉺光波導(dǎo)放大器（EDWA) 2、硅基電注入激光器參考： 問題：1、半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在有哪幾項革命性的器 件？ 2、為什么單個MOS管運(yùn)算速度可達(dá)萬億（皮秒） 次，但是單CPU主頻（10億次）最近幾年很 難繼續(xù)往上提升？3CPU芯片中金屬連線長度的演化摩爾定律（每隔18個月集成度增加一倍，性能也將提升一倍）4RC time constants R= L/A C=kA/d金屬連線瓶頸（電子是傳輸信號的載體） 5硅基光電集成片上系統(tǒng)(SOC)所需的電子學(xué)單元和光子學(xué)單元6課堂紀(jì)律鼓勵提問、非常感謝提出寶貴的建議來去自由可以睡覺，可以說話，但不能超過40

3、分貝不能干擾課堂教學(xué)拒絕舞弊7上課安排第1周第8周每周4學(xué)時 周二 5、6節(jié) 二教 104 周五 1、2節(jié) 二教 104相關(guān)課程： 微電子工藝實(shí)驗 微電子器件 8教學(xué)目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在微電子技術(shù)方向上打下深厚的工藝基礎(chǔ)；了解半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)狀況及技術(shù)發(fā)展動態(tài)；理解微電子器件和集成電路制造先進(jìn)工藝技術(shù)；掌握氧化、光刻、刻蝕、擴(kuò)散、離子注入、沉積等各種單項工藝技術(shù)的基本原理、方法和主要特點(diǎn)；掌握工藝集成的特點(diǎn)以及微電子器件和集成電路制造的基本工藝流程。9課程內(nèi)容安排和要求緒論：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹、器件技術(shù)、硅和硅片制備、硅片清洗。了解集成電路產(chǎn)業(yè)狀況及技術(shù)發(fā)展動態(tài)；單項工藝：氧化原理、SiO2結(jié)

4、構(gòu)、性質(zhì)和用途、SiO2Si界面及摻氯氧化、擴(kuò)散原理、雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)制、雜質(zhì)的擴(kuò)散分布、磷的液態(tài)源擴(kuò)散、硼的涂源擴(kuò)散以及兩步擴(kuò)散工藝、薄膜的特性、化學(xué)氣相沉積原理、化學(xué)氣相沉積CVD生長過程、化學(xué)氣相沉積工藝、外 延、光刻工藝原理、光刻工藝的8個基本步驟、光刻膠、對準(zhǔn)與曝光、光學(xué)光刻、焦深及套準(zhǔn)精度、干法刻蝕、干法刻蝕過程、干法刻蝕系統(tǒng)及其刻蝕機(jī)理、干法刻蝕系統(tǒng)、反應(yīng)離子刻蝕（RIE）機(jī)理、離子注入工藝原理、離子注入濃度分布、離子注入設(shè)備、離子注入效應(yīng)、溝道效應(yīng)、注入損傷、離子注入退火、電子束蒸發(fā)系統(tǒng)的組成、磁控濺射系統(tǒng)的組成、電子束蒸發(fā)的工藝過程、磁控濺射的工藝過程、先進(jìn)的金屬化技術(shù)、現(xiàn)代集成電

5、路對金屬膜的要求、傳統(tǒng)的平坦化技術(shù)、化學(xué)機(jī)械平坦化、CMP的機(jī)理、CMP的優(yōu)點(diǎn)。了解設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理，掌握各單項工藝技術(shù)的基本原理、方法和主要特點(diǎn)。10課程內(nèi)容安排和要求工藝集成： 46m雙極集成電路工藝技術(shù)、典型雙極型IC工藝流程、早期2.03.0m CMOS IC工藝技術(shù)、單阱（P阱）工藝流程、現(xiàn)代0.18m CMOS IC工藝技術(shù)。了解現(xiàn)代先進(jìn)的0.18m CMOS IC工藝技術(shù)及其特點(diǎn)、方法，掌握典型基本的CMOS IC工藝技術(shù)及工藝流程。實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和要求： 實(shí)驗1、微電子器件制造工藝實(shí)驗（6學(xué)時）：掌握集成電路工藝中氧化、光刻、擴(kuò)散、蒸發(fā)等基本工序的生產(chǎn)過程，了解各工藝參數(shù)的選

6、取原則。 實(shí)驗2、測試實(shí)驗（2學(xué)時）：了解中測探針臺的使用方法，掌握四探針測試儀和晶體管特性圖示儀的使用方法。 實(shí)驗3、微電子器件版圖設(shè)計實(shí)驗（8學(xué)時）：了解微電子器件的版圖設(shè)計規(guī)則，掌握L-Edit的使用方法，并使用L-Edit完成一個實(shí)際器件的版圖設(shè)計。11考核方式：平時考核：考核到課率、交作業(yè)情況，平時成績占總成績的10期末考核：采用開卷考試，期末考試占總成績的90建議教材和參考資料：1、建議教材： 半導(dǎo)體制造技術(shù)中文版，韓鄭生等譯，電子工業(yè)出版社 2004，國外電子與通信教材系列。 2、參考資料： 集成電路工藝基礎(chǔ)，王陽元等編著，高等教育出版社。 微電子制造科學(xué)原理與工程技術(shù)，Step

7、hen A. Campbell著，電子工業(yè)出版社，國外電子與通信教材系列 。 集成電路制造技術(shù)原理與實(shí)踐，莊同曾編，電子工業(yè)出版社。12課時安排（32學(xué)時）導(dǎo)論（2學(xué)時）半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹（2學(xué)時） 硅和硅片制備（2學(xué)時） 集成電路制造工藝概況（3學(xué)時） 氧化（3學(xué)時）淀積（3學(xué)時） 金屬化（3學(xué)時） 13光刻：氣相成底膜到軟烘（2學(xué)時） 光刻：對準(zhǔn)和曝光（2學(xué)時） 光刻：光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)（2學(xué)時） 刻蝕（3學(xué)時） 離子注入、擴(kuò)散（3學(xué)時） 化學(xué)機(jī)械平坦化（1學(xué)時） 裝配與封裝（選講 1學(xué)時）14微電子工藝特點(diǎn)Safety 安全第一 （進(jìn)實(shí)驗室第一步） （劇毒，強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，強(qiáng)腐蝕性）Yi

8、eld 良品率 例子：0.99450=1% 0.999450=63.7% 0.9999450=95.6% 15安全第一16安全第一17安全第一18安全第一19安全第一20良品率21良品率22良品率23良品率24良品率25良品率26良品率27微電子發(fā)展歷史參考書籍晶體之火晶體管的發(fā)明及信息時代的來臨 美 邁克爾. 賴爾登 莉蓮. 霍德森著 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2002年History of Semiconductor Engineering by Bo Lojek Springer-Verlag Berlin 2007曠世奇才 巴丁傳 上?？茖W(xué)教育出版社 200728第一章 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹學(xué)習(xí)目

9、標(biāo)：1、國際上半導(dǎo)體工業(yè)在社會發(fā)展中的重要作用 2、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的相關(guān)技術(shù)根基3、什么是集成電路，5個電路集成時代4、硅片是如何分層的，硅片制造5個階段5、硅片制造發(fā)展的三個主要趨勢6、關(guān)鍵尺寸（CD），摩爾定律7、硅片制造的不同電子時代8、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的不同職業(yè)路徑29國際上半導(dǎo)體工業(yè)在社會發(fā)展中的重要作用現(xiàn)在全世界每年芯片銷售突破2000億美元 問題：當(dāng)今有哪幾類電子產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值已經(jīng) 或有望達(dá)到這一數(shù)值？相應(yīng)的微電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是整個高技術(shù)產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的一個子系統(tǒng)3031半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)32產(chǎn)業(yè)根基真空管電子學(xué)（放大音頻、視頻信號）無線電通信機(jī)械制表

10、機(jī)固體物理33真空管問題：為什么現(xiàn)在真空管在某些場合還在使用？體積大、不可靠、耗電大、壽命短34固體物理（凝聚態(tài)物理）最基本的是發(fā)展成熟的量子力學(xué)知識在固態(tài)物質(zhì)尤其是半導(dǎo)體材料研究中的應(yīng)用能帶概念的提出半導(dǎo)體材料的提純技術(shù)1947年貝爾實(shí)驗室肖克來、巴丁、布拉頓發(fā)明點(diǎn)接觸晶體管，隨后肖克來發(fā)明面接觸晶體管尺寸小、無真空，可靠、重量輕、最小的發(fā)熱以及低功耗肖克來實(shí)驗室（美國加州硅谷）-仙童公司35第一支晶體管（貝爾實(shí)驗室）361957年諾貝爾物理學(xué)獎肖克來 巴丁 布拉頓37第一支平面晶體管38電路集成集成電路-將多個電子元件（晶體管、二極管、電容、電阻、電抗等）集成到硅襯底上德州電器TI基爾比（

11、單線連接）仙童公司諾伊思發(fā)明第一個實(shí)用的集成電路結(jié)構(gòu)（Al互聯(lián)，二氧化硅薄膜隔離層） 問題：為什么最初研究的半導(dǎo)體材料是鍺，但很快硅就取代鍺從而在半導(dǎo)體工業(yè)中居主導(dǎo)地位，一直持續(xù)到現(xiàn)在？39集成電路發(fā)明人基爾比（2000諾貝爾物理獎）十二個元件，包括2個晶體管、2個電容和8個電阻，用導(dǎo)線連接40集成電路發(fā)展的五個時代41集成電路制造42硅芯片器件的分層（超過450道工序）43集成電路的制造步驟硅片制備硅芯片制造（重點(diǎn)）硅片測試/揀選裝配與封裝終測44集成電路的5個制造步驟45硅片的制作（第四章詳解）46硅芯片制造清洗成膜光刻刻蝕摻雜電極芯片供應(yīng)商附屬生產(chǎn)商（captive producers）

12、Fabless companyFoundry代工廠47前部工序圖形轉(zhuǎn)換（光刻、刻蝕）摻雜（離子注入、擴(kuò)散）制模（介質(zhì)膜、電極等）后部封裝減薄劃片粘片壓焊封裝沾錫老化成測包裝48半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展趨勢提高芯片性能 1、關(guān)鍵尺寸CD硅片上的最小特征尺寸（技術(shù)節(jié)點(diǎn)） 2、集成度增加（減小CD），摩爾定律（每隔18個月，集成度增加一倍，性能增加一倍） 3、功耗單個晶體管尺寸越小，電流越小，功耗越小，但是整個芯片的功耗很難急劇下降提高芯片可靠性工藝線以及工藝過程中的潔凈度控制降低芯片成本CD尺寸減小，從而單管價格急劇下降；使用更大尺寸的硅片；規(guī)模經(jīng)濟(jì)49關(guān)鍵尺寸50特征尺寸最近的技術(shù)節(jié)點(diǎn)51單個芯片上晶體管數(shù)目的增長（以百萬為單位）52摩爾定律（每18個月集成度翻番）53早期和現(xiàn)代半導(dǎo)體器件尺寸比較54每個集成電路芯片上的功耗降低55芯片可靠性提高（以百分之幾為單位）56半導(dǎo)體芯片價格降低57電子時代20世紀(jì)50年代：晶體管技術(shù)逐步取代真空管20世紀(jì)60年代：工藝技術(shù)肖克來實(shí)驗室催生眾多后來的大型電子跨國巨頭20世紀(jì)70年代：競爭成品率提高的困難，微處理器的誕生，Intel棄存儲器專攻處理器