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(jí)，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(hào)不變，仍為工資號(hào)或?qū)W號(hào)，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(hào)碼：取最后6為密碼;18位身份證號(hào)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(wú)法登錄，請(qǐng)嘗試用工資號(hào)或者學(xué)號(hào)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(wèn)題：1、半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在有哪幾項(xiàng)革命性的器 件？ 2、為什么單個(gè)MOS管運(yùn)算速度可達(dá)萬(wàn)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(zhǎng)度的演化摩爾定律（每隔18個(gè)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(hào)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(lì)提問(wèn)、非常感謝提出寶貴的建議來(lái)去自由可以睡覺(jué)，可以說(shuō)話，但不能超過(guò)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(shí) 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(yàn) 微電子器件 8教學(xué)目標(biāo)通過(guò)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(dòng)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(xiàng)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(dòng)態(tài)；單項(xiàng)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(zhǎng)過(guò)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(gè)基本步驟、光刻膠、對(duì)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(guò)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(guò)程、磁控濺射的工藝過(guò)程、先進(jìn)的金屬化技術(shù)、現(xiàn)代集成電

5、路對(duì)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(xiàng)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(yàn)1、微電子器件制造工藝實(shí)驗(yàn)（6學(xué)時(shí)）：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(guò)程，了解各工藝參數(shù)的選

6、取原則。 實(shí)驗(yàn)2、測(cè)試實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）：了解中測(cè)探針臺(tái)的使用方法，掌握四探針測(cè)試儀和晶體管特性圖示儀的使用方法。 實(shí)驗(yàn)3、微電子器件版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（8學(xué)時(shí)）：了解微電子器件的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則，掌握L-Edit的使用方法，并使用L-Edit完成一個(gè)實(shí)際器件的版圖設(shè)計(jì)。11考核方式：平時(shí)考核：考核到課率、交作業(yè)情況，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的10期末考核：采用開卷考試，期末考試占總成績(jī)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(guó)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(yáng)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(guó)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(shí)安排（32學(xué)時(shí)）導(dǎo)論（2學(xué)時(shí)）半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹（2學(xué)時(shí)） 硅和硅片制備（2學(xué)時(shí)） 集成電路制造工藝概況（3學(xué)時(shí)） 氧化（3學(xué)時(shí)）淀積（3學(xué)時(shí)） 金屬化（3學(xué)時(shí)） 13光刻：氣相成底膜到軟烘（2學(xué)時(shí)） 光刻：對(duì)準(zhǔn)和曝光（2學(xué)時(shí)） 光刻：光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)（2學(xué)時(shí)） 刻蝕（3學(xué)時(shí)） 離子注入、擴(kuò)散（3學(xué)時(shí)） 化學(xué)機(jī)械平坦化（1學(xué)時(shí)） 裝配與封裝（選講 1學(xué)時(shí)）14微電子工藝特點(diǎn)Safety 安全第一 （進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)代的來(lái)臨 美 邁克爾. 賴爾登 莉蓮. 霍德森著 上海科學(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(guó)際上半導(dǎo)體工業(yè)在社會(huì)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(gè)電路集成時(shí)代4、硅片是如何分層的，硅片制造5個(gè)階段5、硅片制造發(fā)展的三個(gè)主要趨勢(shì)6、關(guān)鍵尺寸（CD），摩爾定律7、硅片制造的不同電子時(shí)代8、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的不同職業(yè)路徑29國(guó)際上半導(dǎo)體工業(yè)在社會(huì)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(wèn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是整個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的一個(gè)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(hào)）無(wú)線電通信機(jī)械制表

10、機(jī)固體物理33真空管問(wèn)題：為什么現(xiàn)在真空管在某些場(chǎng)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(shí)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(yàn)室肖克來(lái)、巴丁、布拉頓發(fā)明點(diǎn)接觸晶體管，隨后肖克來(lái)發(fā)明面接觸晶體管尺寸小、無(wú)真空，可靠、重量輕、最小的發(fā)熱以及低功耗肖克來(lái)實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)加州硅谷）-仙童公司35第一支晶體管（貝爾實(shí)驗(yàn)室）361957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)肖克來(lái) 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(gè)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(gè)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(wèn)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(jiǎng)）十二個(gè)元件，包括2個(gè)晶體管、2個(gè)電容和8個(gè)電阻，用導(dǎo)線連接40集成電路發(fā)展的五個(gè)時(shí)代41集成電路制造42硅芯片器件的分層（超過(guò)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(cè)試/揀選裝配與封裝終測(cè)44集成電路的5個(gè)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(cè)包裝48半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)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(gè)月，集成度增加一倍，性能增加一倍） 3、功耗單個(gè)晶體管尺寸越小，電流越小，功耗越小，但是整個(gè)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(guò)程中的潔凈度控制降低芯片成本CD尺寸減小，從而單管價(jià)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(gè)芯片上晶體管數(shù)目的增長(zhǎng)（以百萬(wàn)為單位）52摩爾定律（每18個(gè)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(gè)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(jià)格降低57電子時(shí)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(lái)實(shí)驗(yàn)室催生眾多后來(lái)的大型電子跨國(guó)巨頭20世紀(jì)70年代：競(jìng)爭(zhēng)成品率提高的困難，微處理器的誕生，Intel棄存儲(chǔ)器專攻處理器