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1、微电子工艺基础,王静,Wangjing,0631-5683346,一 概述,1.,2.这门课的对主要对象？,3.本课程的主要内容,4.第1章 绪论,1.为什么要学这门课？,2,1.为什么要学这门课？,微电子技术的发展不外乎包括两个方面：制造工艺和电路设计,而这两个又是相辅相成,互相促进,共同发展 。 微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米、0.09微米一直发展到当前的0.08微米。
2、 只有真正理解了芯片的制作过程，你才能根据具体的需要设计集成度高，功耗低，性能好的器件，从而推动微电子技术的进一步发展。,3,1.为什么要学这门课？,提高显示芯片的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制造工艺会在显示芯片内部集成更多的晶体管，使显示芯片实现更高的性能、支持更多的特效；更先进的制造工艺会使显示芯片的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的显示芯片产品，直接降低了显示芯片的产品成本，从而最终会降低显卡的销售价格使广大消费者得利；更先进的制造工艺还会减少显示芯片的功耗，从而减少其发热量，解决显示芯片核心频率提升的障碍.显示芯片自身的发展历史也充分的说明了这一点，
3、先进的制造工艺使显卡的性能和支持的特效不断增强，而价格则不断下滑，例如售价为1500左右的中端显卡GeForce 7600GT其性能就足以击败上一代售价为5000元左右的顶级显卡GeForce 6800Ultra。,4,一 概述,1. 有机电致发光器件的发展,2.这门课的研究对象？,3.本课程的主要内容,4.第1章 绪论,1.为什么要学这门课？,5,这门课的对象？,这门课的对象？,interl 45nm晶圆,Interl petryn 45nm工艺处理器集成了4.1亿个晶体管,interl petryn 45nm工艺处理器芯片图,interl 微处理器芯片,7,这门课的对象？,芯片,这门课的对
4、象？,晶圆,这门课的对象？,这门课的对象？,芯片制作流程,12,这门课的对象？,13,一 概述,1.为什么要学这门课？,2.这门课的对象？,3.本课程的主要内容,4.第1章 绪论,14,本课程的主要内容,微电子产品制作单项工艺的原理、方法及趋势 集成电路相对于分立器件的特有技术 典型产品的工艺流程,1、绪论、微电子工艺概况（2学时，p1-p15） 2、半导体材料、晶圆制备（3学时，p16-p44 ） 3、污染控制、芯片制造基本工艺（3学时，p45-p89 ） 4、外延工艺（3学时，p255-p259 ） 5、氧化工艺（4学时，p104-p128 ） 6、化学气相淀积（3学时，p241-p255
5、和 p261-p265 ） 7、金属淀积（4学时， p266-p285 ） 8、光刻工艺（6学时， p129-p215 ） 9、掺杂技术（4学时， p216-p240 ） 10、封装技术（4学时，p334-p397 ）,本课程的学时安排,参考文献,刘玉岭等编著，微电子技术工程材料、工艺与测试 施敏等编著，半导体制造工艺基础,先修课程,半导体物理、固体物理学,一 概述,1.为什么要学这门课？,2.这门课的对象？,4.第1章 绪论,3.本课程的主要内容,18,第1章 绪论,本章（2学时）目标： 1、分立器件和集成电路的区别 2、平面工艺的特点 3、微电子工艺的特点 4、芯片制造的四个阶段,第1章
6、绪论,一、微电子产业 二、芯片制造的几个阶段,第1章 绪论,一、微电子产业,1、微电子产业在国民经济中的作用* 2、半导体工业的诞生* 3、分立器件、集成电路* 4、微电子工艺的发展* 5、微电子产业的分类*,第1章 绪论 一、微电子产业,1、微电子产业在国民经济中的作用,信息业、计算机业以及家电业得益于微电子产业的发展，特别是集成电路的发展,集成电路是工业发展水平的标志。,第1章 绪论,一、微电子产业,1、微电子业在国民经济中的作用* 2、半导体工业的诞生* 3、分立器件、集成电路* 4、微电子工艺的发展* 5、微电子产业的分类*,第1章 绪论 一、微电子产业,2、半导体工业的诞生,电信号处
7、理工业始于1906年的真空三极管,Ge半导体器件于1947年诞生于贝尔实验室，标志着固态电子时代的来临。,1959年第一块集成电路的出现标志着半导体发展到了集成电路时代。,第1章 绪论,一、微电子产业,1、微电子业在国民经济中的作用* 2、半导体工业的诞生* 3、分立器件、集成电路* 4、微电子工艺的发展* 5、微电子产业的分类*,第1章 绪论 一、微电子产业,3、分立器件、集成电路,水平 缩写单位芯片内的器件数 小规模集成电路SSI250 中规模集成电路MSI505000 大规模集成电路LSI5000100000 超大规模集成电路VLSI1000001000000 特大规模集成电路ULSI1
8、000000,分立器件：,按集成成度分：,每个芯片只含有一个器件。,每个芯片含有多个元件。,集成电路：,第1章 绪论,一、微电子产业,1、微电子业在国民经济中的作用* 2、半导体工业的诞生* 3、分立器件、集成电路* 4、微电子工艺的发展* 5、微电子产业的分类*,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况,（1）平面工艺的诞生* （2）平面工艺的发展* （3）工艺及产品趋势* （4）微电子工艺的特点*,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况 （1）平面工艺的诞生,合金结方法,A 接触加热： 将一个p型小球放在一个n型半导体上，加热到小球熔融,平面工艺是由Hoern
9、i于1960年提出的。在这项技术中，整个半导体表面先形成 一层氧化层，再借助平板印刷技术，通过刻蚀去除部分氧化层，从而形成一个 窗口。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,合金结方法,B 冷却： p型小球以合金的形式掺入半导体底片，冷却后，小球下面形成一个再分布结晶区，这样就得到了一个pn结。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,生长结方法,半导体单晶是由掺有某种杂质（例如P型）的半导体熔液中生长出来的。,在生长过程中的某一时刻，突然改变熔融液的P/N型。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1
10、）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,合金结的缺点： 不能准确控制pn结的位置。,生长结的缺点： 不适宜大批量生产。,扩散形成pn结,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,A 扩散结的形成方式 与合金结相似点 表面表露在高浓度相反类型的杂质源之中 与合金结区别点 不发生相变，杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部 B 扩散结的优点 扩散结结深能够精确控制。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,C 二氧化硅薄膜的优点 作为掩蔽膜，有效的掩蔽大多数杂质的扩散 提高半导体几何图形的控制精度
11、 钝化半导体器件表面，提高了器件的稳定性。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,平面工艺： 利用二氧化硅掩蔽膜，通过光刻出窗口控制几何图形进行选择性扩散形成pn结,平面工艺的优点：B2O3 B2O3 兼有固态扩散形成结和利用二氧化硅掩膜精确控制器件几何图形这两方面的优点。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,应用平面工艺制作二极管的简要过程：,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,应用平面工艺制作二极管的简要过程（续1
12、）：,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,扩散结和平面工艺*,应用平面工艺制作二极管的简要过程（续2）：,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（1）平面工艺的诞生,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况,（1）平面工艺的诞生* （2）平面工艺的发展* （3）工艺及产品趋势* （4）微电子工艺的特点*,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（2）平面工艺的发展,从1959年至今的四十多年间工艺技术的发展，大多数采用平面工艺。,60年代，出现了外延技术，如n-Si/n+-Si，n-Si/p-Si，IC制作在外
13、延层上。,70年代，离子注入技术，实现了浅结掺杂。,新工艺新技术不断出现，例如：等离子技术，电子束光刻，分子束外延等。（参照教材P10P15）,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况,（1）平面工艺的诞生* （2）平面工艺的发展* （3）工艺及产品趋势* （4）微电子工艺的特点*,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,特征图形尺寸的减小,特征尺寸/特征图形尺寸： 设计中的最小尺寸，通常用微米表示,特征尺寸和集成度是集成电路发展的两个共同标志。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,特征图形尺寸的减小,S
14、IA（半导体工业协会）统计 2003年工艺为0.35/0.25um 2006年为0.18/0.13um,由于量子尺寸效应的约束，IC线宽极限尺寸为0.07um。,新的预测显示，2005年半导体销售将增长6.8%，达到2276亿美元，而2006年将增长7.9%，达到2455亿美元，2007年将增长10.5%，达到2713亿美元，2008年将增长13.9%，达到3092亿美元。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,特征图形尺寸的减小,特征图形尺寸的减小- 电路密度的增加- 传输距离短- 电路速度提高、功耗降低,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发
15、展概况（3）工艺及产品趋势,芯片和晶圆尺寸的增大,几个概念：,器件、芯片（die）,街区、锯切线,晶圆（wafer）,晶圆的切面（主切面、副切面）,P46,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,芯片和晶圆尺寸的增大,晶圆尺寸从1960年的1英寸到现在的8英寸（200mm）和12英寸（300mm）。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,缺陷密度的减小,100um1um不是问题 1um1um 致命缺陷,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,内部连线水平的提高,高元件密度减小了连线的空
16、间。,解决方案： 在元件形成的表面上使用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连线。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,内部连线水平的提高,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（3）工艺及产品趋势,纳电子技术,上世纪90年代以来，纳米科技高速发展，微电子技术是主要推动力。,芯片成本的降低,今天： 中等价位的台式机相当于当年IBM 大型机的能力。,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况,（1）平面工艺的诞生* （2）平面工艺的发展* （3）工艺及产品趋势* （4）微电子工艺的特点*,第1章 绪论 一、微电子产业,4、微电子工艺的发展概况（4）微电子工艺的特点,高技术含量 设备先进、技术先进
