半導(dǎo)體材料和集成電路平面工藝基礎(chǔ)(57張)課件

SemiconductorMaterials

&

BasicPrincipleofICPlanarProcessing

半導(dǎo)體材料

和

集成電路平面工藝基礎(chǔ)

1SemiconductorMaterials

&

BasReferences：(Materials)3.材料科學(xué)與技術(shù)叢書—半導(dǎo)體工藝，K.A.杰克遜等主編， （科學(xué)出版社，1999）

ProcessingofSemiconductors,ByKennethA.JacksonandWolfgangSchr?ter,(Wiley-VCH,1996);Ch1,Ch24. 半導(dǎo)體器件的材料物理學(xué)基礎(chǔ)，陳治明等，科技版，19995. 微電子技術(shù)工程—材料、工藝與測(cè)試，劉玉嶺等，（電子工業(yè)出版社， 2004）1.

SiliconProcessing，ByStanleyWolfandRichardN.Tauber， （LatticePress，2000）;Ch1,Ch22. SiliconVLSITechnology—Fundamentals,Practiceand Modeling,ByLameD.Plummeretal,(Pearson Education,, 2000);Ch3

2References：(Materials)3.References：(Processing)3.SiliconProcessing，ByStanleyWolfandRichardN.Tauber， （LatticePress，2000）4. ULSITechnology，ByG.Y.ChangandSimon.M.Sze， （MiGrawHill，1996）5. 半導(dǎo)體制造技術(shù)，MichaelQuirk,JulianSerda （科學(xué)出版社，1999）SemiconductorManufacturingTechnology,(PrenticeHall,2001)6. 微電子技術(shù)工程—材料、工藝與測(cè)試，劉玉嶺等，（電子工業(yè)出版社， 2004）1. TheScienceandEngineeringofMicroelectronicFabrication, ByStephenA.Campbell,(Oxford,2ndEdition,2001)2. SiliconVLSITechnology—Fundamentals,Practiceand Modeling,ByLameD.Plummeretal,(Pearson Education,, 2000)3References：(Processing)3.Sil主要教學(xué)內(nèi)容：第一篇(Overview&Materials)第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述第二章：半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)第三章：Si單晶的生長(zhǎng)與加工第四章：幾種化合物半導(dǎo)體的材料生長(zhǎng)與加工小結(jié): 材料

器件

工藝4主要教學(xué)內(nèi)容：4

第二篇(UnitProcess)第一章：IC制造中的超凈和硅片清潔技術(shù)第一單元：熱處理和局域摻雜技術(shù)第二章：擴(kuò)散摻雜技術(shù)(Ch3)第三章：熱氧化技術(shù)(Ch4)第四章：離子注入技術(shù)(Ch5)第五章：快速熱處理技術(shù)(Ch6)第二單元：圖形加工技術(shù)第六章：圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)（光刻技術(shù)）(Ch7~9)第七章：圖形刻蝕技術(shù)(Ch10~)5

第二篇(UnitProcess)5

第三單元：薄膜技術(shù)第八章：薄膜物理淀積技術(shù)(Ch12)第九章：薄膜化學(xué)汽相淀積（CVD）技術(shù)(Ch13)第十章：晶體外延生長(zhǎng)技術(shù)(Ch14)第四單元：集成技術(shù)簡(jiǎn)介第十一章：基本技術(shù)(Ch15)第十二章：幾種IC工藝流程(Ch16)第十三章：質(zhì)量控制簡(jiǎn)介6

第三單元：薄膜技術(shù)6第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述

集成電路芯片？7第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述

集成電路芯片？7集成電路芯片？PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+23145678910111213148集成電路芯片？PassivationlayerBondin集成電路芯片？9集成電路芯片？9集成電路芯片？10集成電路芯片？10第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述1、集成電路的基本單元（有源元件）

二極管：按結(jié)構(gòu)和工藝：

金/半接觸二極管：肖特基二極管、（點(diǎn)接觸二極管）

面結(jié)型二極管：合金結(jié)二極管、擴(kuò)散結(jié)二極管、生長(zhǎng)結(jié)二極管、異質(zhì)結(jié)二極管、等按功能和機(jī)理：

振蕩、放大類：耿氏二極管、雪崩二極管、變?nèi)荻O管、等

信號(hào)控制類：混頻二極管、開關(guān)二極管、隧道開關(guān)二極管、 檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、階躍二極管、等

光電類：發(fā)光二極管(LED)（半導(dǎo)體激光器）、 光電二極管（探測(cè)器）11第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述11晶體管：雙極型晶體管：（NPN、PNP） 合金管、合金擴(kuò)散管、臺(tái)面管、外延臺(tái)面管、 平面管、外延平面管等場(chǎng)效應(yīng)晶體管：（P溝、N溝；增強(qiáng)型、耗盡型）

MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）、 肖特基勢(shì)壘場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SBFET）12晶體管：122、集成電路的分類：按功能： 數(shù)字集成電路、模擬集成電路、微波集成電路、 射頻集成電路、其它；按工藝： 半導(dǎo)體集成電路（雙極型、MOS型、BiCMOS）、

薄/厚膜集成電路、混合集成電路按有源器件： 雙極型、MOS型、BiCMOS、光電集成電路、

CCD集成電路、傳感器/換能器集成電路按集成規(guī)模： 小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、 大規(guī)模（LSI）、超大規(guī)模（VLSI）、 甚大規(guī)模（ULSI）、巨大規(guī)模（GLSI）132、集成電路的分類：1314143、基本工藝流程舉例幾種二極管的基本結(jié)構(gòu)合金平面生長(zhǎng)（異質(zhì)）臺(tái)面Schottky幾種晶體管的基本結(jié)構(gòu)合金生長(zhǎng)（異質(zhì)）平面1平面2MOS153、基本工藝流程舉例1516161~10m300~500m介質(zhì)膜Al電極SiO2膜外延層埋層襯底隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、鎢塞、集電區(qū)1）、簡(jiǎn)單的BipolarIC結(jié)構(gòu)171~10介質(zhì)膜隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、鎢塞、集電區(qū)1）、簡(jiǎn)單的B2）、Si雙極npn晶體管芯片的工藝流程1、襯底制備，2、外延生長(zhǎng)，3、一次氧化，4、一次光刻，5、基區(qū)擴(kuò)散，6、二次氧化，7、二次光刻，8、發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，9、三次氧化，10、三次光刻，11、金屬鍍膜，12、反刻金屬膜13、背面鍍膜，14、合金化EBCn+pnn+182）、Si雙極npn晶體管芯片的工藝流程1、襯底制備，2、外一次光刻（基區(qū)）、二次光刻（發(fā)射區(qū)）、三次光刻（引線孔）、四次光刻（反刻引線） （負(fù)性光刻膠）一次氧化、一次光刻（基區(qū)光刻）、硼擴(kuò)散（基區(qū)擴(kuò)散）、基區(qū)再分布（二次氧化）二次光刻（發(fā)射區(qū)光刻）、磷擴(kuò)散（發(fā)射區(qū)擴(kuò)散+三次氧化）、三次光刻（引線孔光刻）、金屬鍍膜、反刻引線。氧化臺(tái)階、套刻19一次光刻（基區(qū)）、二次光刻（發(fā)射區(qū)）、三次光刻（引線孔）、四電容：MOSPNJunction電阻：20電容：電阻：20元器件的平面結(jié)構(gòu)21元器件的平面結(jié)構(gòu)212222VinVoutVDDGround23VinVoutVDDGround23DRAM24DRAM242525262627273）IC的基本制造環(huán)節(jié)晶片加工外延生長(zhǎng)介質(zhì)膜生長(zhǎng)圖形加工局域摻雜金屬合金封裝、測(cè)試材料廠Foundry封裝廠283）IC的基本制造環(huán)節(jié)材料廠Foundry封裝廠4、發(fā)展(歷史和現(xiàn)狀)出現(xiàn)，IC、LSI、VLSI和ULSI，規(guī)律，特征尺寸，工業(yè)化方式和SoC趨勢(shì)MEMS、OEIC、MOMES“生物芯片”294、發(fā)展(歷史和現(xiàn)狀)29KilbyTexasInstrum.(TI)1959Feb.GemesatransistorsPatentNo.3138743出現(xiàn)30Kilby出現(xiàn)30

NoyceFairchild1959JulySiplanarIC298187731Noyce31溝道長(zhǎng)度<0.13m特征尺寸32溝道長(zhǎng)度<0.13m特征尺寸323333~15inch~2cm234~15inch~2cm234ChipWafer35ChipWafer35=300mmMEMCElectronicMaterials,36=300mm36

3737摩爾定理：由Intel創(chuàng)始人之一的Moore提出的，被人認(rèn)為可以獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的定理一塊芯片上的晶體管數(shù)目大約每隔12個(gè)月翻一番（1964年）（1975年修訂為18個(gè)月）

實(shí)現(xiàn)途徑：晶體管尺寸減小；芯片尺寸增大；38摩爾定理：由Intel創(chuàng)始人之一的Moore提出的，被人認(rèn)為Moore’sLow39Moore’sLow39Moore’sLow40Moore’sLow404141WorldSemiconductorTradeSystemFrom:42WorldSemiconductorTradeSyst器件（電路）設(shè)計(jì)測(cè)試與驗(yàn)證版圖設(shè)計(jì)與制造芯片制造測(cè)試封裝測(cè)試器件生產(chǎn)基本過程43器件（電路）設(shè)計(jì)測(cè)試與驗(yàn)證版圖設(shè)計(jì)與制造芯片制造測(cè)試封裝SoC——SystemonChip芯片系統(tǒng)集成MEMS——Micro-ElectronicMechanicSystem微電子機(jī)械系統(tǒng)OEIC——OptoelectronicIntegratedCircuit光電子集成系統(tǒng)MOMES44SoC——SystemonChipMEMS——Mic1）、微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）微電子技術(shù)與精密機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，將微型傳感器（力、熱、光、電、磁、聲）、微型執(zhí)行器（如：機(jī)械）、信號(hào)處理與控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源集成一體。目前主要用硅材料和介質(zhì)膜通過光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)451）、微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）45厚：20~30m直徑：4mm轉(zhuǎn)速：200rpm46厚：20~30m464747物理要點(diǎn)：振動(dòng)的質(zhì)量塊電容極板在非慣性系統(tǒng)中受到科氏力的作用，質(zhì)量塊移動(dòng)而引起電容的變化。48物理要點(diǎn)：振動(dòng)的質(zhì)量塊電容極板在非慣性系統(tǒng)中受到科氏力的作用LabonChip49LabonChip492）、光電子集成芯片以微電子加工技術(shù)為基礎(chǔ)，將激光器、光調(diào)制器、光開關(guān)等等光子器件通過光波導(dǎo)的互連而優(yōu)化集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能。硅基材料、光學(xué)晶體、光學(xué)薄膜502）、光電子集成芯片505151激光多普勒速度儀（LiNbO3）52激光多普勒速度儀（LiNbO3）523）、DNA芯片*基本思想是通過施加電場(chǎng)等措施，使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性。制作高密度的特定的探針陣列性芯片——進(jìn)行基因識(shí)別和分析“生物成分分析芯片”

——LoS（LabonSystem）533）、DNA芯片*535454

5、微電子