哈尔滨工业大学－微电子工艺基础绪论王静

微电子工艺基础王静

Wangjin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？21.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。

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。31.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，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GeForce7600GT其性能就足以击败上一代售价为5000元左右的顶级显卡GeForce6800Ultra。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？interl45nm晶圆Interlpetryn45nm工艺处理器集成了4.1亿个晶体管interlpetryn45nm工艺处理器芯片图interl微处理器芯片7这门课的对象？芯片这门课的对象？晶圆这门课的对象？这门门课课的的对对象象？？芯片片制制作作流流程程12这门门课课的的对对象象？？/AMuseum/ic/index_02_08.html13一概概述述1.为什什么么要要学学这这门门课课？？2.这门门课课的的对对象象？？3.本课课程程的的主主要要内内容容4.第1章绪绪论论14本课课程程的的主主要要内内容容微电电子子产产品品制制作作单单项项工工艺艺的的原原理理、、方方法法及及趋趋势势集成成电电路路相相对对于于分分立立器器件件的的特特有有技技术术典型型产产品品的的工工艺艺流流程程1、绪绪论论、、微微电电子子工工艺艺概概况况（（2学时时，，p1-p15）2、半半导导体体材材料料、、晶晶圆圆制制备备（（3学时时，，p16-p44）3、污污染染控控制制、、芯芯片片制制造造基基本本工工艺艺（（3学时时，，p45-p89）4、外外延延工工艺艺（（3学时时，，p255-p259）5、氧氧化化工工艺艺（（4学时时，，p104-p128）6、化化学学气气相相淀淀积积（（3学时时，，p241-p255和p261-p265）7、金金属属淀淀积积（（4学时时，，p266-p285）8、光光刻刻工工艺艺（（6学时时，，p129-p215）9、掺掺杂杂技技术术（（4学时时，，p216-p240）10、封封装装技技术术（（4学时时，，p334-p397）本课课程程的的学学时时安安排排参考考文文献献刘玉玉岭岭等等编编著著，《微电电子子技技术术工工程程—材料料、、工工艺艺与与测测试试》施敏敏等等编编著著，，《半导导体体制制造造工工艺艺基基础础》先修修课课程程半导导体体物物理理、、固固体体物物理理学学一概概述述1.为什什么么要要学学这这门门课课？？2.这门门课课的的对对象象？？4.第1章绪绪论论3.本课课程程的的主主要要内内容容18第1章章绪绪论论本章章（（2学时时））目目标标：：1、分分立立器器件件和和集集成成电电路路的的区区别别2、平平面面工工艺艺的的特特点点3、微微电电子子工工艺艺的的特特点点4、芯芯片片制制造造的的四四个个阶阶段段第1章章绪绪论论一、、微微电电子子产产业业二、、芯芯片片制制造造的的几几个个阶阶段段第1章绪绪论论一、、微微电电子子产产业业1、微微电电子子产产业业在在国国民民经经济济中中的的作作用用*2、半半导导体体工工业业的的诞诞生生*3、分分立立器器件件、、集集成成电电路路***4、微微电电子子工工艺艺的的发发展展****5、微微电电子子产产业业的的分分类类***第1章绪绪论论一一、、微微电电子子产产业业1、微微电电子子产产业业在在国国民民经经济济中中的的作作用用信息息业业、、计计算算机机业业以以及及家家电电业业得得益益于于微微电电子子产产业业的的发发展展，，特特别别是是集集成成电电路路的的发发展展集成成电电路路是是工工业业发发展展水水平平的的标标志志。。第1章绪绪论论一、、微微电电子子产产业业1、微微电电子子业业在在国国民民经经济济中中的的作作用用*2、半半导导体体工工业业的的诞诞生生*3、分分立立器器件件、、集集成成电电路路****4、微微电电子子工工艺艺的的发发展展**5、微微电电子子产产业业的的分分类类***第1章绪绪论一一、微微电子产产业2、半导体体工业的的诞生电信号处处理工业业始于1906年的真空空三极管管Ge半导体器器件于1947年诞生于于贝尔实实验室，，标志着固态电电子时代代的来临临。1959年第一块块集成电电路的出出现标志志着半导导体发展展到了集集成电路路时代。。第1章绪绪论一、微电电子产业业1、微电子子业在国国民经济济中的作作用*2、半导体体工业的的诞生*3、分立器器件、集集成电路路***4、微电子子工艺的的发展****5、微电子子产业的的分类***第1章绪绪论一一、微微电子产产业3、分立器件件、集成成电路水平缩缩写单单位芯片片内的器器件数小规模集集成电路路SSI2－50中规模集集成电路路MSI50－5000大规模集集成电路路LSI5000－100000超大规模模集成电电路VLSI 100000－1000000特大规模模集成电电路ULSI＞1000000分立器件件：按集成成成度分：：每个芯片片只含有有一个器器件。每个芯片片含有多多个元件件。集成电路路：第1章绪绪论一、微电电子产业业1、微电子子业在国国民经济济中的作作用*2、半导体体工业的的诞生*3、分立器器件、集集成电路路***4、微电子子工艺的的发展****5、微电子子产业的的分类***第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工工艺的诞诞生*****（2）平面工工艺的发发展**（3）工艺及及产品趋趋势**（4）微电子子工艺的的特点*****第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工艺艺的诞生生①合金结方方法A接触加热热：将一个p型小球放放在一个个n型半导体体上，加加热到小小球熔融平面工艺艺是由Hoerni于1960年提出的的。在这这项技术术中，整整个半导导体表面面先形成成一层氧化化层，再再借助平平板印刷刷技术，，通过刻刻蚀去除除部分氧氧化层，，从而形形成一个个窗口。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工艺艺的诞生生①合金结方方法B冷却：p型小球以以合金的的形式掺掺入半导导体底片片，冷却却后，小小球下面面形成一一个再分分布结晶晶区，这这样就得得到了一一个pn结。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工艺艺的诞生生②生长结方方法半导体单单晶是由由掺有某某种杂质质（例如如P型）的半半导体熔熔液中生生长出来来的。在生长过过程中的的某一时时刻，突突然改变变熔融液液的P/N型。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工艺艺的诞生生③扩散结和平面工艺艺*****合金结的的缺点：：不能准确确控制pn结的位置置。生长结的的缺点：：不适宜大大批量生生产。扩散形成成pn结第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工艺艺的诞生生③扩散结和平面工艺艺*****A扩散结的的形成方方式与合金结结相似点表面表露露在高浓浓度相反反类型的的杂质源源之中与合金金结区别点不发生生相变变，杂杂质靠靠固态态扩散散进入入半导导体晶晶体内内部B扩散结结的优点扩散结结结深深能够够精确确控制制。第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的的诞生生③扩散结结和平面工工艺*****C二氧化化硅薄薄膜的的优点点作为掩掩蔽膜膜，有有效的的掩蔽蔽大多多数杂杂质的的扩散散提高半半导体体几何何图形形的控控制精精度钝化半半导体体器件件表面面，提提高了了器件件的稳稳定性性。第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的的诞生生③扩散结结和平面工工艺*****平面工工艺：：利用二二氧化化硅掩掩蔽膜膜，通通过光光刻出出窗口口控制制几何何图形形进行行选择性性扩散散形成pn结平面工工艺的的优点点：B2O3B2O3兼有固固态扩扩散形形成结结和利利用二二氧化化硅掩掩膜精精确控控制器器件几几何图图形这这两方方面的的优点点。第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的的诞生生③扩散结结和平面工工艺*****应用平平面工工艺制制作二二极管管的简简要过过程：：第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的的诞生生③扩散结结和平面工工艺*****应用平平面工工艺制制作二二极管管的简简要过过程（（续1）：第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的的诞生生③扩散结结和平面工工艺*****应用平平面工工艺制制作二二极管管的简简要过过程（（续2）：第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的的诞生生第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面面工艺艺的诞诞生*****（2）平面面工艺艺的发发展**（3）工艺艺及产产品趋趋势**（4）微电电子工工艺的的特点点*****第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（2）平面工工艺的的发展展从1959年至今今的四四十多多年间间工艺艺技术术的发发展，，大多多数采采用平平面工工艺。。60年代，，出现现了外外延技技术，，如n-Si/n+-Si，n-Si/p-Si，IC制作在在外延延层上上。70年代，，离子子注入入技术术，实实现了了浅结结掺杂杂。新工艺艺新技技术不不断出出现，，例如如：等等离子子技术术，电电子束束光刻刻，分分子束束外延延等。。（参参照教教材P10~P15）第1章绪绪论一一、、微电电子产产业4、微电电子工工艺的的发展展概况况（1）平面工工艺的诞诞生*****（2）平面工工艺的发发展**（3）工艺及及产品趋趋势**（4）微电子子工艺的的特点*****第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势①特征图形形尺寸的的减小特征尺寸寸/特征图形形尺寸：：设计中的的最小尺尺寸，通通常用微微米表示示特征尺寸寸和集成成度是集集成电路路发展的的两个共共同标志志。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势①特征图形形尺寸的的减小SIA（半导体体工业协协会）统统计2003年工艺为为0.35/0.25um2006年为0.18/0.13um由于量子子尺寸效效应的约约束，IC线宽极限限尺寸为为0.07um。新的预测测显示，，2005年半导体体销售将将增长6.8%，达到2276亿美元，，而2006年将增长长7.9%，达到2455亿美元，，2007年将增长长10.5%，达到2713亿美元，，2008年将增长长13.9%，达到3092亿美元。。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势①特征图形形尺寸的的减小特征图形形尺寸的的减小--->电路密度度的增加加--->传输距离离短--->电路速度度提高、、功耗降降低第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势②芯片和晶晶圆尺寸寸的增大大几个概念念：器件、芯芯片（die）街区、锯锯切线晶圆（wafer）晶圆的切切面（主主切面、、副切面面）P46第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势②芯片和晶晶圆尺寸寸的增大大晶圆尺寸寸从1960年的1英寸到现现在的8英寸（200mm）和12英寸（300mm）。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势③缺陷密度度的减小小100um―1um不是问题题1um――1um致命缺陷陷第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势④内部连线线水平的的提高高元件密密度减小小了连线线的空间间。解决方案案：在元件形形成的表表面上使使用多层层绝缘层层和导电电层相互互叠加的的多层连连线。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势④内部连线线水平的的提高第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（3）工艺及产产品趋势势⑥纳电子技技术上世纪90年代以来来，纳米米科技高高速发展展，微电电子技术术是主要要推动力力。⑤芯片成本本的降低低今天：中等价位位的台式式机相当于当当年IBM大型机的的能力。。第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（1）平面工工艺的诞诞生*****（2）平面工工艺的发发展**（3）工艺及及产品趋趋势**（4）微电子子工艺的的特点*****第1章绪绪论一一、微微电子产产业4、微电子子工艺的的发展概概况（4）微电子子工艺的的特点高技术含含量设设备先进进、技术术先进高精度光光刻刻图形的的最小线线条尺寸寸在亚微微米量级级，制备的介介质薄膜膜厚度也也在纳米米量级，，而精度更在上上述尺度之之上。超纯指工艺材料料方面，如如衬底材料料Si、Ge单晶纯度达11个9。超净环境、操作作者、工艺艺三个方面面的超净，，如VLSI在100级超净室、、10级超净台中中制作第1章绪绪论一一、微电电子产业4、微电子工工艺的发展展概况（4）微电子工工艺的特点点大批量、低低成本图图形形转移技术术使之得以以实现高温多多数数关键工艺艺是在高温温下实现，如：热氧化化、扩散、、退火第1章绪绪论一、微电子子产业1、微电子业业在国民经经济中的作作用*2、半导体工工业的诞生生*3、分立器件件、集成电电路***4、微电子工工艺的发展展****5、微电子产产业的分类类***第1章绪绪论一一、微电电子产业5、微电子产产业的分类类目前主要是是两类：（1）晶圆代工工厂（Manufacturer）（2）设计公司司（Fabless）第1