第一章 微納加工技術(shù)發(fā)展概述

微納加工技術(shù)原理第一章微納加工技術(shù)開(kāi)展概述1編輯ppt主要內(nèi)容1.11.21.3本課程的主要內(nèi)容集成電路的開(kāi)展MEMS技術(shù)簡(jiǎn)介1.4蘇州納米區(qū)簡(jiǎn)介2編輯ppt3編輯ppt1.1課程的主要內(nèi)容第一章微納加工技術(shù)開(kāi)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(lái)趨勢(shì)與挑戰(zhàn)4編輯ppt教材唐天同，王兆宏西安交通大學(xué)電子工業(yè)出版社，20215編輯ppt教材(美)JamesD.Plummer,MichaelD.Deal,PeterB.Griffin著,

2005，電子工業(yè)出版社6編輯ppt分?jǐn)?shù)比例作業(yè)15%考勤15%實(shí)驗(yàn)20%考試50%7編輯ppt1.2集成電路工藝的開(kāi)展1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)造1.2.3半導(dǎo)體器件1.2.1集成電路工藝的開(kāi)展歷程8編輯ppt?

1959

and

1990

integrated

circuits.?

Progress

due

to:

-

Feature

size(特征尺寸)

reduction13%

years

(Moore’s

Law).

-

Increasing

chip

size(芯片尺寸)

≈

16%

per

year.1.2.1集成電路工藝的開(kāi)展歷程Evolution

of

IntegratedCircuits

Fabrication特征尺寸：工藝制造中晶圓片外表能刻印出圖形的最小尺寸。9編輯pptOnApril19,1965ElectronicsMagazinepublishedapaperbyGordonMooreinwhichhemadeapredictionaboutthesemiconductorindustrythathasbecomethestuffoflegend.“Thenumberoftransistorsincorporatedinachipwillapproximatelydoubleevery24months.〞KnownasMoore'sLaw,hispredictionhasenabledwidespreadproliferationoftechnologyworldwide,andtodayhasbecomeshorthandforrapidtechnologicalchange. Moore’s

Law10億10編輯pptGordonMoore：Intel創(chuàng)始人://intel/pressroom/kits/events/moores_law_40th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit11編輯ppt?Theeraof“easy〞scalingisover.Wearenowinaperiodwhere technologyanddeviceinnovationsarerequired.Beyond2021,new currentlyunknowninventionswillberequired.IC最小特征尺寸的開(kāi)展歷史及規(guī)劃Device

Scaling

Over

Time12編輯ppt?1990IBMdemoof?scale“l(fā)ithography〞.?Technologyappearstobecapableofmakingstructuresmuchsmallerthancurrentlyknowndevicelimits. ITRSat:///ITRS硅技術(shù)開(kāi)展規(guī)劃13編輯pptITRS—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(guó)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:///instruct/bachelor/jpkc/jcdlgy/supplement/2021ExecSum.pdf14編輯pptAdvantagesandChallengesAssociatedwiththeIntroductionof450mmWafers:ApositionpaperreportsubmittedbytheITRSStartingMaterialsSub-TWG,June2005.:///papers.htmlLinewidth

vs.

Fab

Cost15編輯ppt1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)造?

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編輯ppt17編輯ppt1948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編輯ppt?Grownjunctiontransistortechnology〔生長(zhǎng)結(jié)技術(shù)〕ofthe1950s結(jié)型晶體管的制備Ge19編輯ppt?Alloyjunctiontechnology〔合金結(jié)技術(shù)〕ofthe1950s.?

Double

diffused

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

Labs.PN結(jié)裸露在外面加熱Ge高溫爐Si腐蝕形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)20編輯ppt1955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)21編輯ppt1958年Jack·Kilby創(chuàng)造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1964.6.2622編輯ppt?

The

planar

process

(Hoerni

-

Fairchild仙童公司,

late

1950s).?First“passivated(鈍化)〞junctions.平面工藝

planar

process?

平面工藝：二氧化硅屏蔽的擴(kuò)散技術(shù)光刻技術(shù)JeanHoerni23編輯ppt?

Basic

lithography

process–––Apply

photoresistPatterned

exposureRemove

photoresist

regions––Etch

waferStrip

remaining

photoresist光刻

Photolithography24編輯pptRobertNoyce與他創(chuàng)造的集成電路專利號(hào)：No.2981877，批準(zhǔn)時(shí)間1961.4.2625編輯ppt簡(jiǎn)短回憶：一項(xiàng)基于科學(xué)的偉大創(chuàng)造Bardeen,Brattain,Shockley,FirstGe-basedbipolartransistorinvented1947,BellLabs.NobelprizeKilby(TI)&Noyce(Fairchild),Inventionofintegratedcircuits1959,NobelprizeAtalla,FirstSi-basedMOSFETinvented1960,BellLabs.Planartechnology,JeanHoerni,1960,FairchildFirstCMOScircuitinvented1963,Fairchild“Moore’slaw〞coined1965,FairchildDennard,scalingrulepresented1974,IBMFirstSitechnologyroadmappublished1994,USA26編輯ppt根本器件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1.2.3

半導(dǎo)體器件PN結(jié):27編輯pptBECppn+n-p+p+n+n+BJT28編輯pptGateSourceDrain襯底SubstrateMOS:金屬-氧化物-半導(dǎo)體NMOS柵極：開(kāi)關(guān)作用，取決于電壓大小。N+：提供電子，提高開(kāi)關(guān)時(shí)間。絕緣層防止Na+、K+干擾。溝道為P型。29編輯pptn+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編輯ppt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(méi)有形成回路，功耗低31編輯pptCMOSCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor):PMOS管和NMOS管互補(bǔ)共同構(gòu)成的MOS集成電路。32編輯ppt?

Metal

Planarizationrequired

for

multiplemetal

layers––––––Metal

DepositionPatterningFill

DielectricPlanarizationContact

viasContact

DepositionMultiple

Metal

Layers33編輯ppt?ICsarewidelyregardedasoneofthekeycomponentsoftheinformationage.?Basicinventionsbetween1945and1970laidthefoundationfortoday‘ssiliconindustry.?Formorethan40years,"Moore'sLaw"(adoublingofchipcomplexityevery2-3years)hasheldtrue.?CMOShasbecomethedominantcircuittechnologybecauseofitslowDC poweronsumption,highperformanceandflexibledesignoptions.Future projectionssuggestthesetrendswillcontinueatleast15moreyears.?Silicontechnologyhasbecomeabasic“toolset〞formanyareasofscienceand engineering.?Computersimulationtoolshavebeenwidelyusedfordevice,circuitandsystem designformanyyears.CADtoolsarenowbeingusedfortechnologydesign.?Chapter1alsocontainssomereviewinformationonsemiconductormaterials semiconductordevices.Thesetopicswillbeusefulinlaterchaptersofthetext.Summary

of

Key

Ideas34編輯pptRichard

Feynman,1959“There’sPlentyofRoomattheBottom〞35

一根頭發(fā)=100微米=100000納米1.3MEMS技術(shù)簡(jiǎn)介編輯pptMEMS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編輯ppt(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編輯ppt1987198719871987Berkeley:

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編輯ppt1994年，DRIE技術(shù)問(wèn)世

1994

DRIE專利申請(qǐng)MEMS進(jìn)入體硅加工時(shí)代

3939編輯pptMEMS的產(chǎn)學(xué)研圖譜4040編輯ppt全球汽車(chē)MEMS傳感器的銷售額將在2021年增長(zhǎng)16%，到達(dá)23.1億美元。41編輯ppt燈光調(diào)節(jié)，剎車(chē)系統(tǒng)……汽車(chē)上的MEMS加速度計(jì)一輛高端的汽車(chē)會(huì)有上百個(gè)傳感器，包括30~50個(gè)MEMS傳感器。 平安氣囊 高g值加速度計(jì)，約80%汽車(chē) 側(cè)翻保護(hù) 低g值加速度計(jì) 車(chē)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(chē)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(chē)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編輯ppt不同汽車(chē)種類的MEMS需求43編輯ppt加速度計(jì)和陀螺儀的應(yīng)用分布44編輯ppt美新趙陽(yáng)編輯ppt46編輯ppt和平板電腦中的運(yùn)動(dòng)傳感器將是未來(lái)5年內(nèi)熱門(mén)技術(shù)中的熱門(mén)蘋(píng)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編輯ppt…… 智能中的MEMS器件智能中的MEMS加速度計(jì) 導(dǎo)航 自由落體檢測(cè) 傾斜控制