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文檔簡介

SemiconductorManufacturingTechnology

(半導(dǎo)體制造技術(shù))

-Chap.1Introduction

TEXTBOOKSReferenceBooks1、HistoryoftheSemiconductorManufacturingTechniques(半導(dǎo)體制造技術(shù)的歷史)-SemiconductorMaterials(半導(dǎo)體材料)-SemiconductorDevices(半導(dǎo)體裝置)-SemiconductorProcessing(半導(dǎo)體工藝)1.1SemiconductorMaterials(半導(dǎo)體材料)Narrowsense(狹義理解):Themajorsemiconducting

materialsinthemicroelectronicindustry:Germanium(Ge)、Sillicon(Si)、GalliumArsenide(GaAs)。(在微電子工業(yè)中的主要半導(dǎo)體材料:Ge,Si,GaAs)Broadsense(廣義理解):Othersemiconductors,includingmetaloxides(ZnO),organicsemiconductors,CNTs,etal.(其他半導(dǎo)體材料,包括金屬氧化物(ZnO),有機半導(dǎo)體,CNTs等)ComparisonoftheSemiconductors(半導(dǎo)體的比較)Material(材料)Band

gap(帶隙)description(描述)Ge0.66eVEarliestsemiconductor,F(xiàn)irsttransistorin1947(最早的半導(dǎo)體,最早的晶體管材料,1947年)Si1.12eVMostcommonsemiconductor;(最常用的半導(dǎo)體)Easytoformhighqualityoxidizedlayer;(容易形成高質(zhì)量的氧化層)LargerbandgapthanGe,Higherworkingtemperature;(比Ge的帶隙更寬,更高的工作溫度)Cheap.(便宜)GaAs1.42eVHigherelectronmobility,Goodforhighspeeddevices;(更高的電子遷移率,適合高速設(shè)備)Poorthermalstability,Highdefectdensity,lowintrinsicoxidizationrate。(差的熱穩(wěn)定性,高缺陷密度,低的本征氧化速率)。1.2SemiconductorDevicesYearDeviceInventor1874金屬-半導(dǎo)體接觸Metal-SemiconductorcontactBraun1907發(fā)光二極管LEDRound1947雙極晶體管BipolarTransistorBardeen,Brattain,Shockley1949PN

junctionShockley1952晶閘管ThyristorEbers1954SolarCell(太陽能電池)Chapin,Fuller,PearsonThefirsttransistor(第一個晶體管)Bardeen,Brattain,Shockley

wontheNobelPricein1956forthis.Comparingwithvacuumtubes,Transistorsarelighter,smaller,cheaperandlastlonger.(與真空管相比,晶體管更輕,更小,更便宜,使用壽命更長。)Athyristor(晶閘管)Reverseblockingmode—Voltageisappliedinthedirectionthatwouldbeblockedbyadiode(反向阻斷模式-電壓加在被二極管阻斷的地方)Forwardblockingmode—Voltageisappliedinthedirectionthatwouldcauseadiodetoconduct,butthethyristorhasnotbeentriggeredintoconduction(正向阻塞模式-電壓在導(dǎo)致二極管導(dǎo)通的方向施加,但晶閘管還未觸發(fā)成導(dǎo)通)Forwardconductingmode—Thethyristorhasbeentriggeredintoconductionandwillremainconductinguntiltheforwardcurrentdropsbelowathresholdvalueknownasthe"holdingcurrent"(正向傳導(dǎo)模式-晶閘管已被觸發(fā)成導(dǎo)通和將保持導(dǎo)通,直到正向電流低于被稱為“保持電流“的閾值)1957HeterojunctionBipolarTransistor異質(zhì)結(jié)雙極晶體管Kroemer1958隧道二極管TunnelDiodeEsaki1960MOSFETKahng,Atalla1962半導(dǎo)體激光器件semiconductorlaserHall1963異質(zhì)結(jié)激光器件HeterojunctionLaserKroemer,Alferov,Kazarinov1963轉(zhuǎn)移電子二極管TransferredElectronDiodeGunn1966MESFET(Metal-SemiconductorFET)Mead1967非易失性半導(dǎo)體存儲器Non-volatilememoryKahng,SzeI-VcurveofaGaAsGunndiodeI-VcurveofatunneldiodeAFloatingGateMOSFET浮柵場效應(yīng)晶體管:控制門,source(源極),floatinggate(浮置柵極),drain(漏極)。1970電荷耦合器件Charge-CoupledDevicesBoyle,Smith1974共振隧道二極管ResonanttunnelingdiodeChang,Esaki,Tsu1980MODFET

modulated-dopingfieldeffecttransistor

alsoknownastheHighElectronMobilityTransistor(HEMT)Mimura等1994室溫單電子記憶單元SingleElectronMemoryYano等200115nmMOSFETYu等以上數(shù)據(jù)摘自《半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)》施敏著,代永平譯,2007AonedimensionalCCDCCD(ChargeCoupledDevice)是電荷藕合器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存1.3SemiconductorTechnologyEvolutionYearTechniqueInventor1918CzochralskiProcessCzochralski1925Bridgman-StockbargemethodBridgman1952DopantDiffusionPfann1957LithographyAndrus1957OxidemaskingFrosch,Derrick1957EpitaxialCVDSheftal,Kokorish,Krasilov1958IonImplantationShockley1959IntegratedCircuitKilby1959monolithicintegratedcircuitNoyce1960planarprocessHoerni1963Complementarymetal–oxide–semiconductor(CMOS)Wanlass,Sah1967Dynamicrandom-accessmemoryDennard1969Self-alignedgate多晶硅自對準柵Kerwin,Klein,Sarace1969MOCVDManasevit,Simpson1971DryEtching干法刻蝕Irving,Lemons,Bobos1971MBE分子束外延Cho1971Micropocessor微處理器技術(shù)Hoff1982TrenchIsolation溝槽隔離法Rung,Momose,Nagakubo1989Chemical-MechanicalPolishing化學(xué)機械拋光Davari1993Copperinterconnect銅互連ParazczakNANDgateinCMOSlogicCrosssectionoftwotransistorsinaCMOSgate(NAND),inanN-wellCMOSprocess金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)場效應(yīng)晶體管Thefirstmicroprocessor.MadebyHoff,etal.in1971.3mmx4mm,with2300MOSFETs.2、DevelopmentTrendoftheMicroelectronicIndustry(微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢)Moore’sLaw(摩爾定律)PropoundedbyGordenE.Moore,theco-founderofIntel,in1964;Thenumberoftransistorsonintegratedcircuitsdoublesapproximatelyeverytwoyears.(集成電路上的晶體管數(shù)量大約每兩年增加一倍)DevelopmentstageAbbreviationNumberofDevicesinonechipSmallscaleintegration(1950s)SSI2-50Middlescaleintegration(1960s)MSI50-5,000Largescaleintegration(1970s)LSI5,000-100,000Verylargescaleintegration(1980s)VLSI100,000-1,000,000Ultralargescaleintegration(1990s)ULSI>1,000,000IntelXeonE7>1,000,000,000FeatureSize(特征尺寸):Thesizeoftheelementsonachip,whichisdesignatedbythe"DRAMhalfpitch."(一個芯片上的元件的尺寸,叫做DRAM半節(jié)距。)Thesmallestfeaturesizeisgenerallysmallerthanthefeaturesizeforatechnologygeneration(technologynode).(最小特征尺寸一般小于特征尺寸的技術(shù)產(chǎn)生(技術(shù)節(jié)點))Forexample,the180nmtechnologygenerationwillhavegatelengthssmallerthan180nm.Developmenttrend:smallerfeaturesizeandlargerwaferdiameter(發(fā)展趨勢:更小的特征尺寸和更大的晶圓直徑)SmallerfeaturesizeHigherarithmetic

speed(更

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