微納加工技術(shù)發(fā)展概述詳解

第一章微納加工技術(shù)發(fā)展概述ppt課件現(xiàn)在是1頁\一共有56頁\編輯于星期一主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容集成電路的發(fā)展MEMS技術(shù)簡(jiǎn)介1.4蘇州納米區(qū)簡(jiǎn)介2現(xiàn)在是2頁\一共有56頁\編輯于星期一3現(xiàn)在是3頁\一共有56頁\編輯于星期一1.1課程的主要內(nèi)容第一章微納加工技術(shù)發(fā)展概述第二章CMOS工藝流程第三章潔凈室、晶圓片清洗與吸雜處理第四章光刻第五章薄膜淀積第六章刻蝕第七章熱氧化和Si-SiO2界面第八章離子注入第九章擴(kuò)散（已學(xué)）第十章后端工藝第十一章未來趨勢(shì)與挑戰(zhàn)4現(xiàn)在是4頁\一共有56頁\編輯于星期一教材5作者：唐天同，王兆宏西安交通大學(xué)電子工業(yè)出版社，2010現(xiàn)在是5頁\一共有56頁\編輯于星期一教材6(美)JamesD.Plummer,MichaelD.Deal,PeterB.Griffin著,

2005，電子工業(yè)出版社現(xiàn)在是6頁\一共有56頁\編輯于星期一分?jǐn)?shù)比例作業(yè)15%考勤15%實(shí)驗(yàn)20%考試50%7現(xiàn)在是7頁\一共有56頁\編輯于星期一1.2

集成電路工藝的發(fā)展1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)明1.2.3半導(dǎo)體器件

集成電路工藝的發(fā)展歷程8現(xiàn)在是8頁\一共有56頁\編輯于星期一?

1959

and1990

integratedcircuits.?Progress

due

to:

-

Feature

size(特征尺寸)reduction13%years

(Moore’sLaw).

-

Increasingchipsize(芯片尺寸)

≈16%

peryear.

集成電路工藝的發(fā)展歷程Evolution

ofIntegratedCircuitsFabrication9特征尺寸：工藝制造中晶圓片表面能刻印出圖形的最小尺寸?，F(xiàn)在是9頁\一共有56頁\編輯于星期一OnApril19,1965

Electronics

Magazine

published

apaperby

Gordon

Moore

in

which

he

made

a

prediction

aboutthesemiconductorindustrythat

has

become

the

stuffoflegend.“Thenumberoftransistorsincorporatedinachipwillapproximatelydoubleevery24months.”Knownas

Moore'sLaw,his

predictionhas

enabledwidespread

proliferationof

technology

worldwide,

andtodayhasbecome

shorthand

forrapidtechnological

change.

Moore’s

Law1010億現(xiàn)在是10頁\一共有56頁\編輯于星期一GordonMoore：Intel創(chuàng)始人/pressroom/kits/events/moores_law_40th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit11現(xiàn)在是11頁\一共有56頁\編輯于星期一?

The

era

of

“easy”

scaling

is

over.

We

are

now

in

a

period

where

technology

and

device

innovations

are

required.

Beyond

2020,

new

currently

unknown

inventions

will

be

required.IC最小特征尺寸的發(fā)展歷史及規(guī)劃Device

Scaling

Over

Time12現(xiàn)在是12頁\一共有56頁\編輯于星期一?

1990

IBM

demo

of

?

scale

“l(fā)ithography”.?

Technology

appears

to

be

capable

of

making

structures

much

smaller

thancurrently

known

device

limits.

ITRS

at

13ITRS硅技術(shù)發(fā)展規(guī)劃現(xiàn)在是13頁\一共有56頁\編輯于星期一ITRS—InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors預(yù)言硅主導(dǎo)的IC技術(shù)藍(lán)圖由歐洲電子器件制造協(xié)會(huì)（EECA）、歐洲半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（ESIA）、日本電子和信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)（JEITA）、韓國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（KSIA）、臺(tái)灣半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（TSIA）和半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）合作完成。器件尺寸下降，芯片尺寸增加互連層數(shù)增加掩膜版數(shù)量增加工作電壓下降http://14現(xiàn)在是14頁\一共有56頁\編輯于星期一Advantagesand

Challenges

Associated

withtheIntroduction

of

450mm

Wafers:Aposition

paper

reportsubmittedby

theITRS

StartingMaterialsSub-TWG,

June

2005.Linewidth

vs.

FabCost15現(xiàn)在是15頁\一共有56頁\編輯于星期一1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)明?

Invention

of

the

bipolartransistor(點(diǎn)接觸晶體管)-

1947,

Bell

Labs.W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain1956年諾貝爾物理獎(jiǎng)點(diǎn)接觸晶體管：基片是N型鍺，發(fā)射極和集電極是兩根金屬絲。這兩根金屬絲尖端很細(xì)，靠得很近地壓在基片上。金屬絲間的距離：~50μm16現(xiàn)在是16頁\一共有56頁\編輯于星期一17現(xiàn)在是17頁\一共有56頁\編輯于星期一1948年W.Shockley提出結(jié)型晶體管概念1950年第一只NPN結(jié)型晶體管18現(xiàn)在是18頁\一共有56頁\編輯于星期一?

Grown

junction

transistortechnology

（生長(zhǎng)結(jié)技術(shù)）of

the

1950s結(jié)型晶體管的制備19Ge現(xiàn)在是19頁\一共有56頁\編輯于星期一?

Alloy

junction

technology（合金結(jié)技術(shù)）of

the

1950s.?

Double

diffused

transistortechnology(氣相源擴(kuò)散工藝，1956福勒和賴斯)in1957，Bell

Labs.PN結(jié)裸露在外面20加熱Ge高溫爐Si腐蝕形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是20頁\一共有56頁\編輯于星期一211955年，IBM608，3000多個(gè)鍺晶體管，重約1090kg第一個(gè)商用晶體管計(jì)算機(jī)現(xiàn)在是21頁\一共有56頁\編輯于星期一221958年Jack·Kilby發(fā)明的世界上第一塊基于鍺的集成電路，德州儀器相移振蕩器簡(jiǎn)易集成電路專利號(hào)：No.31838743，批準(zhǔn)時(shí)間現(xiàn)在是22頁\一共有56頁\編輯于星期一?

The

planar

process

(Hoerni

-

Fairchild仙童公司,

late

1950s).?

First

“passivated(鈍化)”

junctions.平面工藝

planar

process23?

平面工藝：二氧化硅屏蔽的擴(kuò)散技術(shù)光刻技術(shù)JeanHoerni現(xiàn)在是23頁\一共有56頁\編輯于星期一?Basic

lithographyprocess–––Apply

photoresistPatternedexposureRemove

photoresist

regions––Etch

waferStrip

remaining

photoresist光刻

Photolithography24現(xiàn)在是24頁\一共有56頁\編輯于星期一25Robert

Noyce與他發(fā)明的集成電路專利號(hào)：No.2981877，批準(zhǔn)時(shí)間現(xiàn)在是25頁\一共有56頁\編輯于星期一簡(jiǎn)短回顧：一項(xiàng)基于科學(xué)的偉大發(fā)明Bardeen,Brattain,Shockley,FirstGe-basedbipolartransistorinvented1947,BellLabs.NobelprizeKilby(TI)&Noyce(Fairchild),Inventionofintegratedcircuits1959,NobelprizeAtalla,FirstSi-basedMOSFETinvented1960,BellLabs.Planartechnology,JeanHoerni,1960,

Fairchild

FirstCMOScircuitinvented1963,Fairchild“Moore’slaw”coined1965,FairchildDennard,scalingrulepresented1974,IBMFirstSitechnologyroadmappublished1994,USA26現(xiàn)在是26頁\一共有56頁\編輯于星期一基本器件BJT：模擬電路及高速驅(qū)動(dòng)MOS器件：高密度、更低功耗、更大的設(shè)計(jì)靈活性

NMOS,PMOS,CMOS20世紀(jì)70年代

半導(dǎo)體器件PN結(jié):27現(xiàn)在是27頁\一共有56頁\編輯于星期一BECppn+n-p+p+n+n+BJT28現(xiàn)在是28頁\一共有56頁\編輯于星期一GateSourceDrain襯底SubstrateMOS:金屬-氧化物-半導(dǎo)體NMOS29柵極：開關(guān)作用，取決于電壓大小。N+：提供電子，提高開關(guān)時(shí)間。絕緣層防止Na+、K+干擾。溝道為P型?，F(xiàn)在是29頁\一共有56頁\編輯于星期一n+n+p+p+G端為高電平時(shí)導(dǎo)通G端為低電平時(shí)導(dǎo)通30現(xiàn)在是30頁\一共有56頁\編輯于星期一31反向器輸入：高電平，相當(dāng)于1，輸出0輸入：低電平，相當(dāng)于0，輸出1沒有形成回路，功耗低現(xiàn)在是31頁\一共有56頁\編輯于星期一CMOSCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor):PMOS管和NMOS管互補(bǔ)共同構(gòu)成的MOS集成電路。32現(xiàn)在是32頁\一共有56頁\編輯于星期一?

Metal

Planarizationrequired

formultiplemetallayers––––––Metal

DepositionPatterningFillDielectricPlanarizationContact

viasContactDepositionMultiple

Metal

Layers33現(xiàn)在是33頁\一共有56頁\編輯于星期一?

ICs

are

widely

regarded

as

one

of

the

key

components

of

the

information

age.?

Basic

inventions

between

1945

and

1970

laid

the

foundation

for

today‘ssilicon

industry.?

For

more

than

40

years,

"Moore's

Law"

(a

doubling

of

chip

complexity

every2-3

years)

has

held

true.?

CMOS

has

become

the

dominant

circuit

technology

because

of

its

low

DC

poweronsumption,

high

performance

and

flexible

design

options.

Future

projectionssuggest

these

trends

will

continue

at

least

15

more

years.?

Silicon

technology

has

become

a

basic

“toolset”

for

many

areas

of

science

and

engineering.?

Computer

simulation

tools

have

been

widely

used

for

device,

circuit

and

system

design

for

many

years.

CAD

tools

are

now

being

used

for

technology

design.?

Chapter

1

also

contains

some

review

information

on

semiconductor

materials

semiconductor

devices.

These

topics

will

be

useful

in

later

chapters

of

the

text.Summary

of

Key

Ideas34現(xiàn)在是34頁\一共有56頁\編輯于星期一Richard

Feynman,1959“There’s

Plenty

of

Room

at

the

Bottom”35

一根頭發(fā)=100微米=100000納米1.3MEMS技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)在是35頁\一共有56頁\編輯于星期一MEMS系統(tǒng)的定義MICRO-ELECTRO-MECHANICALSYSTEMS，集物理、化學(xué)和生物的傳感器、執(zhí)行器與信息處理和存儲(chǔ)為一體的微型集成系統(tǒng)。3636現(xiàn)在是36頁\一共有56頁\編輯于星期一(Tai,

Fan

&

Muller)19701980

HNA1960EDP

Pressure

Sensor

(Honeywell)Anodic

BondingKOHSi

PressureSensor(Motorola)MEMS的歷史

Si

as

a

mechanical

material

(Petersen)SFB

TMAH

1990Thermo-pneumatic

valve

(Redwood)

SFB

Pressure

Sensor

(NovaSensor)

DRIE

!!XeF2/BrF3

2,000process

(US

Patent)

1950RGT

(Nathanson

et

al)Metal

Light

Valve

(RCA)

ADXLAccelerometerPolySi

Micromotor

IR

imager

(Honeywell)

PolySi

Comb

Drive

(Tang,

Howe)

LIGAPolySi

beams(Howe,

Muller)

BJT

TransistorMetal

sacrificialIC

Optical

MEMS

RF

MEMS

Si

Gyro

(Draper)DMD

(TI)Bio

MEMS3737現(xiàn)在是37頁\一共有56頁\編輯于星期一1987198719871987Berkeley:

Micromotor戴聿昌

MEMS

becomes

the

name

in

U.S.Analog

Devices

begins

accelerometer

projectFirst

MEMS

Conference,

IEEE

MEMS

First

Eurosensors

conference,

EuropeThe

motors

stimulating

major

interest

in

WORLD！

1987年，MEMS的里程碑3838現(xiàn)在是38頁\一共有56頁\編輯于星期一1994年，DRIE技術(shù)問世

1994

DRIE專利申請(qǐng)MEMS進(jìn)入體硅加工時(shí)代

3939現(xiàn)在是39頁\一共有56頁\編輯于星期一MEMS的產(chǎn)學(xué)研圖譜4040現(xiàn)在是40頁\一共有56頁\編輯于星期一全球汽車MEMS傳感器的銷售額將在2012年增長(zhǎng)16%，達(dá)到23.1億美元。41現(xiàn)在是41頁\一共有56頁\編輯于星期一燈光調(diào)節(jié)，剎車系統(tǒng)……汽車上的MEMS加速度計(jì)一輛高端的汽車會(huì)有上百個(gè)傳感器，包括30~50個(gè)MEMS傳感器。

安全氣囊

高g值加速度計(jì)，約80%汽車

側(cè)翻保護(hù)

低g值加速度計(jì)

車輛動(dòng)態(tài)控制（ESP）

低g值加速度計(jì)、陀螺儀和組合

慣性模塊用于車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)

TPMS輪胎壓力實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器

剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力傳感器

柴油機(jī)共軌壓力傳感器42現(xiàn)在是42頁\一共有56頁\編輯于星期一不同汽車種類的MEMS需求43現(xiàn)在是43頁\一共有56頁\編輯于星期一加速度計(jì)和陀螺儀的應(yīng)用分布44現(xiàn)在是44頁\一共有56頁\編輯于星期一美新趙陽現(xiàn)在是45頁\一共有56頁\編輯于星期一46現(xiàn)在是46頁\一共有56頁\編輯于星期一手機(jī)和平板電腦中的運(yùn)動(dòng)傳感器將是未來5年內(nèi)熱門技術(shù)中的熱門蘋果引爆MEMS傳感器應(yīng)用熱潮

融合IMU擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域47現(xiàn)在是47頁\一共有56頁\編輯于星期一……

智能手機(jī)中的MEMS器件智能手機(jī)中的MEMS加速度計(jì)

導(dǎo)航

自由落體檢測(cè)

傾斜控制