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1、黄君凯 教授,主讲:黄君凯教授 暨南大学电子工程系,超大规模集成电路 技术基础,黄君凯 教授,本课程的主要参考资料,主教材： 半导体制造基础.【美】G.S.May,S.M.Sze著.人民邮电出版社.2007年,黄君凯 教授,参考教材： 1超大规模集成电路技术基础.李兴主编.电子工业出版社1999年 2微电子制造科学原理与工程技术 .【英】S.A.Campbell著电子工业出版社2003年 3超大规模集成电路技术 .【英】S.M.Sze主编科学出版社1987年 4集成电路工艺基础.王阳元等编著高等教育出版社1991年,1.1 半导体材料,表1-1 主要的半导体材料及相关的应用领域,黄君凯 教授,
2、1.2 半导体器件,表1-2 主要的半导体器件,黄君凯 教授,黄君凯 教授,1.3 半导体工艺技术 1.3.1 关键半导体技术 表1-3 重大半导体技术,黄君凯 教授,图1-4 20世纪80年代中期的一个集成电路的扫描电镜（SEM）的微缩照片。照片中可见的线条为连接晶体管的金属线,图1-2 第1块单片式集成电路 (1959年),图1-3 第一块微处理器 （1971年）,黄君凯 教授,1.3.2 技术趋势,表1-4 集成电路技术的发展情况,黄君凯 教授,表1-5 MOS集成电路的发展,图1-5 半导体行业协会指南中动态随机存取存储器密度与年份的指数增长关系,黄君凯 教授,图1-6 微处理器计算能
3、力与年份的指数增长趋势,黄君凯 教授,图1-7 不同技术推动力发展的曲线,黄君凯 教授,1.4 基本制造原理,图1-8 集成电路的生产过程 核心工艺: 氧化 光刻 刻蚀 扩散和离子注入 金属化,黄君凯 教授,图1-9 PN结制备过程示意图,黄君凯 教授,黄君凯 教授,图1-10 PN结制备过程示意图,第2章 晶体生长图2-1 从初始原料到抛光硅片的基本工艺流程,黄君凯 教授,2.1 从熔体生长硅单晶,2.1.1 初始原料 注1: 纯度为98%的冶金纯硅。 注2: 纯度为ppb（十亿分之几）的电子级硅（EGS）。,黄君凯 教授,2.1.2 Czochralski(切克劳斯基)法拉晶机（单晶生长机
4、）图2-2 单晶生长机示意图,黄君凯 教授,图2-3 直拉法单晶生长系统的原理图和照片,黄君凯 教授,图2-4 一个200mm硅片生产车间,图2-5 直拉生长法中，按时间序列显示的晶锭从熔料中拉出的情况（下图）,黄君凯 教授,图2-6 Czochralski法生长的300mm（12英寸）和400mm（16英寸）的晶锭（上图）,黄君凯 教授,2.1.3 杂质分布,（1）平衡分凝系数 定义: （2-1） ， 式中 和 分别为固-液界面固体和液体侧的杂质平衡浓度。 表2-1 硅中杂质的平衡分凝系数 硅中常见杂质大部分具有 1。,黄君凯 教授,黄君凯 教授,（2）杂质浓度 与固化分数 的函数关系 定义
5、 晶体生长时的熔体初始重量 与生长出的晶体重量 比值 为固化分数。若熔体中剩余杂质的重量为S，则相应杂质浓度（无量纲）: , (2-2) , (2-3) 代入式(2-1):,若熔体中的初始杂质浓度为 ，则熔体中初始杂质重量为 ， 积分上式: 解出函数关系: , (2-4),黄君凯 教授,图2-7 从熔体中生长晶体时，固体内杂质分布与固化分数之间的函数关系曲线,黄君凯 教授,先凝固的晶体中杂质较多,先凝固晶体中杂质较少,后凝固的晶体中杂质较多,后凝固的晶体中杂质较少,黄君凯 教授,2.1.4 有效分凝系数 （1）有效分凝系数 定义： ，（2-5） 图2-8 固-液体附近掺杂浓度分布 注意： 图中
6、 ， 为滞流层宽度。,黄君凯 教授,（2） 与 函数关系 设滞留层内杂质浓度为 ，根据半导体物理学（刘恩科编著）中式（5-129）给出的连续性方程：,这里的 为拉晶速率（晶体生长速率），令 注意到 ， , 以及 则上式可简化为: 解出 , (2-6),黄君凯 教授,黄君凯 教授,边界条件： 处， 注意，上述第二式为半导体物理中式（5-158）： 将边界条件代入式（2-6），可得： ， (2-7),当 时， ，故： ， 即 ， （2-8）,黄君凯 教授,黄君凯 教授,注意: 当生长参数 的值较大时, 1 ,可在晶体中形成均匀的杂质分布。 当 法生长晶体的旋转速度为 时,可得出 可见高 低 易获得 1 。 在 1 情况下，在熔炉中不断加入超纯多晶硅，可保持熔炉初始杂质浓度不变。,
