ch材料与工艺概论

SemiconductorMaterials

&

BasicPrincipleofICPlanarProcessing

半导体材料

和

集成电路平面工艺基础References：(Materials)3.材料科学与技术丛书—半导体工艺，K.A.杰克逊等主编， （科学出版社，1999）

ProcessingofSemiconductors,ByKennethA.JacksonandWolfgangSchröter,(Wiley-VCH,1996);Ch1,Ch24. 半导体器件的材料物理学基础，陈治明等，科技版，19995. 微电子技术工程—材料、工艺与测试，刘玉岭等，（电子工业出版社， 2004）1.

SiliconProcessing，ByStanleyWolfandRichardN.Tauber， （LatticePress，2000）;Ch1,Ch22. SiliconVLSITechnology—Fundamentals,Practiceand Modeling,ByLameD.Plummeretal,(Pearson Education,, 2000);Ch3

References：(Processing)3.SiliconProcessing，ByStanleyWolfandRichardN.Tauber， （LatticePress，2000）4. ULSITechnology，ByG.Y.ChangandSimon.M.Sze， （MiGrawHill，1996）5. 半导体制造技术，MichaelQuirk,JulianSerda （科学出版社，1999）SemiconductorManufacturingTechnology,(PrenticeHall,2001)6. 微电子技术工程—材料、工艺与测试，刘玉岭等，（电子工业出版社， 2004）1. TheScienceandEngineeringofMicroelectronicFabrication, ByStephenA.Campbell,(Oxford,2ndEdition,2001)2. SiliconVLSITechnology—Fundamentals,Practiceand Modeling,ByLameD.Plummeretal,(Pearson Education,, 2000)主要教学内容：第一篇(Overview&Materials)第一章：IC平面工艺及发展概述第二章：半导体材料的基本性质第三章：Si单晶的生长与加工第四章：几种化合物半导体的材料生长与加工小结: 材料

器件

工艺

第二篇(UnitProcess)第一章：IC制造中的超净和硅片清洁技术第一单元：热处理和局域掺杂技术第二章：扩散掺杂技术(Ch3)第三章：热氧化技术(Ch4)第四章：离子注入技术(Ch5)第五章：快速热处理技术(Ch6)第二单元：图形加工技术第六章：图形转移技术（光刻技术）(Ch7~9)第七章：图形刻蚀技术(Ch10~)

第三单元：薄膜技术第八章：薄膜物理淀积技术(Ch12)第九章：薄膜化学汽相淀积（CVD）技术(Ch13)第十章：晶体外延生长技术(Ch14)第四单元：集成技术简介第十一章：基本技术(Ch15)第十二章：几种IC工艺流程(Ch16)第十三章：质量控制简介第一章：IC平面工艺及发展概述

集成电路芯片？集成电路芯片？PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314集成电路芯片？集成电路芯片？第一一章章：：IC平面面工工艺艺及及发发展展概概述述1、集集成成电电路路的的基基本本单单元元（（有有源源元元件件））二极极管管：：按结结构构和和工工艺艺：：金/半接接触触二二极极管管：：肖特特基基二二极极管管、（（点点接接触触二二极极管管））面结结型型二二极极管管：：合金金结结二二极极管管、、扩散散结结二二极极管管、生长长结结二二极极管管、、异异质质结结二二极极管管、、等等按功功能能和和机机理理：：振荡荡、、放放大大类类：：耿氏氏二二极极管管、、雪雪崩崩二二极极管管、、变变容容二二极极管管、、等等信号号控控制制类类：：混频频二二极极管管、、开开关关二二极极管管、、隧隧道道开开关关二二极极管管、、检波波二二极极管管、、稳稳压压二二极极管管、、阶阶跃跃二二极极管管、、等等光电电类类：：发光光二二极极管管(LED)（半半导导体体激激光光器器））、、光电电二二极极管管（（探探测测器器））晶体体管管：：双极极型型晶晶体体管管：：（（NPN、PNP）合金金管管、、合合金金扩扩散散管管、、台台面面管管、、外外延延台台面面管管、、平面面管管、、外外延延平平面面管管等等场效效应应晶晶体体管管：：（（P沟、、N沟；；增增强强型型、、耗耗尽尽型型））MOS场效效应应晶晶体体管管（（MOSFET）、、结型型场场效效应应晶晶体体管管（（JFET）、、肖特特基基势势垒垒场场效效应应晶晶体体管管（（SBFET）2、集集成成电电路路的的分分类类：：按功功能能：：数字字集集成成电电路路、、模模拟拟集集成成电电路路、、微微波波集集成成电电路路、、射频频集集成成电电路路、、其其它它；；按工工艺艺：：半导导体体集集成成电电路路（（双双极极型型、、MOS型、、BiCMOS）、、薄/厚膜膜集集成成电电路路、、混混合合集集成成电电路路按有有源源器器件件：：双极极型型、、MOS型、、BiCMOS、光光电电集集成成电电路路、、CCD集成成电电路路、、传传感感器器/换能能器器集集成成电电路路按集集成成规规模模：：小规规模模（（SSI）、、中中规规模模（（MSI）、、大规规模模（（LSI）、、超超大大规规模模（（VLSI）、、甚大大规规模模（（ULSI）、、巨巨大大规规模模（（GLSI）3、基基本本工工艺艺流流程程举举例例几种种二二极极管管的的基基本本结结构构合金金平平面面生生长长（（异异质质））台台面面Schottky几种种晶晶体体管管的的基基本本结结构构合金金生生长长（（异异质质））平平面面1平面面2MOS1~10m300~500m介质膜Al电极SiO2膜外延层埋层衬底隔离、基区、发射区、钨塞、集电区1）、、简简单单的的BipolarIC结构构2）、、Si双极极npn晶体体管管芯芯片片的的工工艺艺流流程程1、衬衬底底制制备备，，2、外外延延生生长长，，3、一一次次氧氧化化，，4、一一次次光光刻刻，，5、基基区区扩扩散散，，6、二二次次氧氧化化，，7、二二次次光光刻刻，，8、发发射射区区扩扩散散，，9、三三次次氧氧化化，，10、三三次次光光刻刻，，11、金金属属镀镀膜膜，，12、反反刻刻金金属属膜膜13、背背面面镀镀膜膜，，14、合合金金化化EBCn+pnn+一次次光光刻刻（（基基区区））、、二二次次光光刻刻（（发发射射区区））、、三三次次光光刻刻（（引引线线孔孔））、、四四次次光光刻刻（（反反刻刻引引线线））（负性光刻刻胶）一次氧化、一次光刻（基区光刻）、硼扩散（基区扩散）、基区再分布（二次氧化）二次光刻（发射区光刻）、磷扩散（发射区扩散+三次氧化）、三次光刻（引线孔光刻）、金属镀膜、反刻引线。氧化台阶、、套刻电容：MOSPNJunction电阻：元器件的平平面结构VinVoutVDDGroundDRAM3）IC的基本制造造环节晶片加工外延生长介质膜生长长图形加工局域掺杂金属合金封装、测试试材料厂Foundry封装厂4、发展(历史和现状状)出现，IC、LSI、VLSI和ULSI，规律，特特征尺寸，，工业化方方式和SoC趋势MEMS、OEIC、MOMES“生物芯片””KilbyTexasInstrum.(TI)1959Feb.GemesatransistorsPatentNo.3138743出现NoyceFairchild1959JulySiplanarIC2981877沟道长度<0.13m特征尺寸~15inch~2cm2ChipWafer=300mmMEMCElectronicMaterials,38摩尔定理：：由Intel创始人之一一的Moore提出的，被被人认为可可以获得诺诺贝尔经济济学奖的定定理一块芯片上上的晶体管管数目大约约每隔12个月翻一番番（1964年）（1975年修订为18个月）实现途径：：晶体管尺寸寸减小；芯片尺寸增增大；Moore’sLowMoore’sLowWorldSemiconductorTradeSystem器件（电路）设计测试与验证版图设计与制造芯片制造测试封装测试器件生产基本过程SoC———SystemonChip芯片系统集集成MEMS———Micro-ElectronicMechanicSystem微电子机械械系统OEIC———OptoelectronicIntegratedCircuit光电子集成成系统MOMES1）、微电子子机械系统统（MEMS）微电子技术术与精密机机械技术相相结合，将将微型传感感器（力、、热、光、、电、磁、、声）、微微型执行器器（如：机机械）、信信号处理与与控制电路路、接口电电路、通信信系统以及及电源集成成一体。目前主要用用硅材料和和介质膜通通过光刻技技术实现厚：20~30m直径：4mm转速：200rpm物理要点：：振动的质质量块电容容极板在非非惯性系统统中受到科科氏力的作作用，质量量块移动而而引起电容容的变化。。LabonChip2）、光电子子集成芯片片以微电子加加工技术为为基础，将将激光器、、光调制器器、光开关关等等光子子器件通过过光波导的的互连而优优化集成在在一个芯片片上，实现现各种系统统功能。硅基材料、、光学晶体体、光学薄薄膜激光多普勒勒速度仪（（LiNbO3）3）、DNA芯片*基本思想是是通过施加加电场等措措施，使一一些特殊的的物质能够够反映出某某种基因的的特性。制作高密度度的特定的的探针阵列列性芯片——进行基因识识别和分析析“生物成分分分析芯片片”——LoS（LabonSystem）5、微电子技技术的发展展趋势1）集成电路路：超大（单元元数、芯片片面积）——超微（关键键尺寸）多功能、高高性能（快快速、低功功耗、抗干干扰）、SoC（SystemonChip）低成本高可靠性2）工艺技术术：大直径材料料（8”、12”、15”、。。。））光刻极限(0.35→0.13、90nm→40nm、25nm→?）新结构器件件（应变硅、纳电子技技术、高k介质。。。。）超纯环境和和材料（半半导体材料料、介质材材料、试剂剂）、新测测试和封装装技术单项技术（（压印光刻刻技术等3）新领域：：MEMS：多样化、、小型化、、与控制电电路集成纳电子：量子子线/点微结构、集集成化、工作作温度新材料电子器器件：有机分分子电路、自旋器件光子晶体：短短波长、局域域生长、三维维材料、参数可控硅光子学：（（硅光电集成成系统）特征尺寸减小小、芯片和晶晶圆尺寸增大大、缺陷密度度减小、内部连线水平平提高、芯片片成本降低学习该课程应应注意认识到到工艺中：1、基础知识应应用上的综合合性2、技术面上的的综合性3、与器件（电电路）的紧密密相关性4、与可靠性、、性价比的关关系始终要问的问问题：机理是什么？？如何测量？与同类工艺的的的比较？与前后工艺是是否兼容？是否影响器件件的可靠性？？综合成本如何何？9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。21:49:0921:49:0921:4912/7/20229:49:09PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:49:0921:49Dec-2207-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。21:49:0921:49:0921:49Wednesday,December7,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2221:49:0921:49:09December7,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。07十二二月20229:49:09下下午21:49:0912月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月229:49下下午午12月月-2221:49December7,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/721:49:0921:49:0907December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。9:49:09下午午9:49下午午21:49:0912月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。21:49:0921:49:0921:4912/7/20229:49:09PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2221:49:0921:49Dec-2207-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。21:49:0921:49:0921:49Wednesday,December7,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2221:49:0921:49:09December7,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。07十二月月20229:49:09下午21:49:0912月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月229:49下下午午12月月-2221:49December7,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/721:49:0921:49:0907December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。。9:49:09下下午9:49下下午午21:49:0912月月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾