第一章 微纳加工技术发展概述

微纳加工技术原理第一章微纳加工技术开展概述1编辑ppt主要内容1.11.21.3本课程的主要内容集成电路的开展MEMS技术简介1.4苏州纳米区简介2编辑ppt3编辑ppt1.1课程的主要内容第一章微纳加工技术开展概述第二章CMOS工艺流程第三章洁净室、晶圆片清洗与吸杂处理第四章光刻第五章薄膜淀积第六章刻蚀第七章热氧化和Si-SiO2界面第八章离子注入第九章扩散〔已学〕第十章后端工艺第十一章未来趋势与挑战4编辑ppt教材唐天同，王兆宏西安交通大学电子工业出版社，20215编辑ppt教材(美)JamesD.Plummer,MichaelD.Deal,PeterB.Griffin著,

2005，电子工业出版社6编辑ppt分数比例作业15%考勤15%实验20%考试50%7编辑ppt1.2集成电路工艺的开展1.2.2促成集成电路产生的几项关键创造1.2.3半导体器件1.2.1集成电路工艺的开展历程8编辑ppt•

1959

and

1990

integrated

circuits.•

Progress

due

to:

-

Feature

size(特征尺寸)

reduction13%

years

(Moore’s

Law).

-

Increasing

chip

size(芯片尺寸)

≈

16%

per

year.1.2.1集成电路工艺的开展历程Evolution

of

IntegratedCircuits

Fabrication特征尺寸：工艺制造中晶圆片外表能刻印出图形的最小尺寸。9编辑pptOnApril19,1965ElectronicsMagazinepublishedapaperbyGordonMooreinwhichhemadeapredictionaboutthesemiconductorindustrythathasbecomethestuffoflegend.“Thenumberoftransistorsincorporatedinachipwillapproximatelydoubleevery24months.〞KnownasMoore'sLaw,hispredictionhasenabledwidespreadproliferationoftechnologyworldwide,andtodayhasbecomeshorthandforrapidtechnologicalchange. Moore’s

Law10亿10编辑pptGordonMoore：Intel创始人://intel/pressroom/kits/events/moores_law_40th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit11编辑ppt•Theeraof“easy〞scalingisover.Wearenowinaperiodwhere technologyanddeviceinnovationsarerequired.Beyond2021,new currentlyunknowninventionswillberequired.IC最小特征尺寸的开展历史及规划Device

Scaling

Over

Time12编辑ppt•1990IBMdemoofÅscale“lithography〞.•Technologyappearstobecapableofmakingstructuresmuchsmallerthancurrentlyknowndevicelimits. ITRSat:///ITRS硅技术开展规划13编辑pptITRS—InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors:///预言硅主导的IC技术蓝图由欧洲电子器件制造协会〔EECA〕、欧洲半导体工业协会〔ESIA〕、日本电子和信息技术工业协会〔JEITA〕、韩国半导体工业协会〔KSIA〕、台湾半导体工业协会〔TSIA〕和半导体工业协会〔SIA〕合作完成。器件尺寸下降，芯片尺寸增加互连层数增加掩膜版数量增加工作电压下降:///instruct/bachelor/jpkc/jcdlgy/supplement/2021ExecSum.pdf14编辑pptAdvantagesandChallengesAssociatedwiththeIntroductionof450mmWafers:ApositionpaperreportsubmittedbytheITRSStartingMaterialsSub-TWG,June2005.:///papers.htmlLinewidth

vs.

Fab

Cost15编辑ppt1.2.2促成集成电路产生的几项关键创造•

Invention

of

the

bipolartransistor(点接触晶体管)-

1947,

Bell

Labs.W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain1956年诺贝尔物理奖点接触晶体管：基片是N型锗，发射极和集电极是两根金属丝。这两根金属丝尖端很细，靠得很近地压在基片上。金属丝间的距离：~50μm16编辑ppt17编辑ppt1948年W.Shockley提出结型晶体管概念1950年第一只NPN结型晶体管18编辑ppt•Grownjunctiontransistortechnology〔生长结技术〕ofthe1950s结型晶体管的制备Ge19编辑ppt•Alloyjunctiontechnology〔合金结技术〕ofthe1950s.•

Double

diffused

transistortechnology(气相源扩散工艺，1956福勒和赖斯)in1957，Bell

Labs.PN结裸露在外面加热Ge高温炉Si腐蚀形成台面结构20编辑ppt1955年，IBM608，3000多个锗晶体管，重约1090kg第一个商用晶体管计算机21编辑ppt1958年Jack·Kilby创造的世界上第一块基于锗的集成电路，德州仪器相移振荡器简易集成电路专利号：No.31838743，批准时间1964.6.2622编辑ppt•

The

planar

process

(Hoerni

-

Fairchild仙童公司,

late

1950s).•First“passivated(钝化)〞junctions.平面工艺

planar

process•

平面工艺：二氧化硅屏蔽的扩散技术光刻技术JeanHoerni23编辑ppt•

Basic

lithography

process–––Apply

photoresistPatterned

exposureRemove

photoresist

regions––Etch

waferStrip

remaining

photoresist光刻

Photolithography24编辑pptRobertNoyce与他创造的集成电路专利号：No.2981877，批准时间1961.4.2625编辑ppt简短回忆：一项基于科学的伟大创造Bardeen,Brattain,Shockley,FirstGe-basedbipolartransistorinvented1947,BellLabs.NobelprizeKilby(TI)&Noyce(Fairchild),Inventionofintegratedcircuits1959,NobelprizeAtalla,FirstSi-basedMOSFETinvented1960,BellLabs.Planartechnology,JeanHoerni,1960,FairchildFirstCMOScircuitinvented1963,Fairchild“Moore’slaw〞coined1965,FairchildDennard,scalingrulepresented1974,IBMFirstSitechnologyroadmappublished1994,USA26编辑ppt根本器件BJT：模拟电路及高速驱动MOS器件：高密度、更低功耗、更大的设计灵活性

NMOS,PMOS,CMOS20世纪70年代1.2.3

半导体器件PN结:27编辑pptBECppn+n-p+p+n+n+BJT28编辑pptGateSourceDrain衬底SubstrateMOS:金属-氧化物-半导体NMOS栅极：开关作用，取决于电压大小。N+：提供电子，提高开关时间。绝缘层防止Na+、K+干扰。沟道为P型。29编辑pptn+n+p+p+G端为高电平时导通G端为低电平时导通30编辑ppt反向器输入：高电平，相当于1，输出0输入：低电平，相当于0，输出1没有形成回路，功耗低31编辑pptCMOSCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor):PMOS管和NMOS管互补共同构成的MOS集成电路。32编辑ppt•

Metal

Planarizationrequired

for

multiplemetal

layers––––––Metal

DepositionPatterningFill

DielectricPlanarizationContact

viasContact

DepositionMultiple

Metal

Layers33编辑ppt•ICsarewidelyregardedasoneofthekeycomponentsoftheinformationage.•Basicinventionsbetween1945and1970laidthefoundationfortoday‘ssiliconindustry.•Formorethan40years,"Moore'sLaw"(adoublingofchipcomplexityevery2-3years)hasheldtrue.•CMOShasbecomethedominantcircuittechnologybecauseofitslowDC poweronsumption,highperformanceandflexibledesignoptions.Future projectionssuggestthesetrendswillcontinueatleast15moreyears.•Silicontechnologyhasbecomeabasic“toolset〞formanyareasofscienceand engineering.•Computersimulationtoolshavebeenwidelyusedfordevice,circuitandsystem designformanyyears.CADtoolsarenowbeingusedfortechnologydesign.•Chapter1alsocontainssomereviewinformationonsemiconductormaterials semiconductordevices.Thesetopicswillbeusefulinlaterchaptersofthetext.Summary

of

Key

Ideas34编辑pptRichard

Feynman,1959“There’sPlentyofRoomattheBottom〞35

一根头发=100微米=100000纳米1.3MEMS技术简介编辑pptMEMS系统的定义MICRO-ELECTRO-MECHANICALSYSTEMS，集物理、化学和生物的传感器、执行器与信息处理和存储为一体的微型集成系统。3636编辑ppt(Tai,

Fan

&

Muller)19701980

HNA1960EDP

Pressure

Sensor

(Honeywell)Anodic

BondingKOHSi

PressureSensor(Motorola)MEMS的历史

Si

as

a

mechanical

material

(Petersen)SFB

TMAH

1990Thermo-pneumatic

valve

(Redwood)

SFB

Pressure

Sensor

(NovaSensor)

DRIE

!!XeF2/BrF3

2,000process

(US

Patent)

1950RGT

(Nathanson

et

al)Metal

Light

Valve

(RCA)

ADXLAccelerometerPolySi

Micromotor

IR

imager

(Honeywell)

PolySi

Comb

Drive

(Tang,

Howe)

LIGAPolySi

beams(Howe,

Muller)

BJT

TransistorMetal

sacrificialIC

Optical

MEMS

RF

MEMS

Si

Gyro

(Draper)DMD

(TI)Bio

MEMS3737编辑ppt1987198719871987Berkeley:

Micromotor戴聿昌

MEMS

becomes

the

name

in

U.S.Analog

Devices

begins

accelerometer

projectFirst

MEMS

Conference,

IEEE

MEMS

First

Eurosensors

conference,

EuropeThe

motors

stimulating

major

interest

in

WORLD！

1987年，MEMS的里程碑3838编辑ppt1994年，DRIE技术问世

1994

DRIE专利申请MEMS进入体硅加工时代

3939编辑pptMEMS的产学研图谱4040编辑ppt全球汽车MEMS传感器的销售额将在2021年增长16%，到达23.1亿美元。41编辑ppt灯光调节，刹车系统……汽车上的MEMS加速度计一辆高端的汽车会有上百个传感器，包括30~50个MEMS传感器。 平安气囊 高g值加速度计，约80%汽车 侧翻保护 低g值加速度计 车辆动态控制〔ESP〕 低g值加速度计、陀螺仪和组合 惯性模块用于车身电子稳定系统 TPMS轮胎压力实时监视系统 发动机机油压力传感器 刹车系统空气压力传感器 发动机进气歧管压力传感器

柴油机共轨压力传感器42编辑ppt不同汽车种类的MEMS需求43编辑ppt加速度计和陀螺仪的应用分布44编辑ppt美新赵阳编辑ppt46编辑ppt和平板电脑中的运动传感器将是未来5年内热门技术中的热门苹果引爆MEMS传感器应用热潮

融合IMU扩大应用领域47编辑ppt…… 智能中的MEMS器件智能中的MEMS加速度计 导航 自由落体检测 倾斜控制