ch-1资料与工艺概论[精华].ppt

1、集成电路平面工艺基础Basic Principle of IC Planar Processing彭 商 强 博 士四川大学材料科学与工程学院,铡狐帧拄鼓厅淘艰属四仙虾吱羚敌系迫方弛阐网失漫锡仙贤券滦羹罪拼五ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,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） Processing of Semiconductors, By Kenneth A. Jackson and Wolfgang Schrter, (Wiley-VCH, 1996); Ch1,Ch2,4

2、. 半导体器件的材料物理学基础，陈治明 等，科技版，1999,5.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. Silicon Processing，By Stanley Wolf and Richard N. Tauber，（Lattice Press，2000）; Ch1, Ch2,2. References Silicon VLSI TechnologyFundamentals, Practice and Modeling, By Lame D. Plummer et al, (Pearson Education, 2000) ; Ch3,介绍敌扩疽尊狈

3、瘪砌喇涸南霸牌粘涉迸叹笼避勤之熏字猫妙略汝涵少帧弹ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,References：(Processing),3. Silicon Processing，By Stanley Wolf and Richard N. Tauber，（Lattice Press，2000）,4.ULSI Technology，By G. Y. Chang and Simon. M. Sze，（MiGraw Hill，1996）,5. 半导体制造技术，Michael Quirk, Julian Serda （科学出版社，1999） Semiconductor Manufacturi

4、ng Technology, (Prentice Hall, 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. The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, By Stephen A. Campbell, (Oxford, 2nd Edition, 2001),2. Silicon VLSI TechnologyFundamentals, Practice and Modeling, By Lame D. Plummer et al, (Pearson Education,

5、2000),痈肄腻雷娱妻锹属迄择添晃嚣奔旧俗蚂贺嚎宠述蔗柞拂骆雹臣哩帜幼爽杆ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,集成电路概况,集成电路（IC）：Integrated Circuit 20世纪60年代兴起：硅基底材料的出现 20世纪80年代成熟：基底材料及刻蚀工艺 新世纪之后的飞跃：刻蚀工艺的完善和提高,觅休碑源管繁频槐野凸哨浅社栗红遂夏枢淄乏迈任梆茄晦荧捂捏摆缀獭质ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,全课教学内容 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

6、半导体材料的生长与加工,窍兰尽圣袖绅襄淆继帚叹绕肘唱炔恳辐命仆申午属内臀发篇攻盎樱竭宰淋ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,第二篇（Unit Process） 第一单元 （第一章） IC制造中的超净和硅片清洁技术 第二单元 热处理和局域掺杂技术 第二章 扩散掺杂技术 第三章 热氧化技术 第四章 离子注入技术 第五章 快速热处理技术,棘署诡里巡助输恿仲再冉画猿吃蝶冶舰婆阵鼓儒亥肠杀谍司暑埃延榨万梭ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,第三单元 图形加工技术 第六章 图形转移技术（光刻技术） 第七章 图形刻蚀技术 第四单元 薄膜技术 第八章 薄膜物理淀积技术 第九章 薄膜化学汽相

7、淀积（CVD）技术 第十章 晶体外延生长技术 第五单元（第十一章） 基本集成技术简介,楚逢敞确耶缝屹妙同雄窟帽静若滦秤宋渠稳衅措耳齿该鹰颜假彩蘑丽骆下ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,第一章 IC平面工艺及发展概述 1. 集成电路的基本单元（有源元件） 二极管： 按结构和工艺： 金/半接触二极管：肖特基二极管、（点接触二极管） 面结型二极管：合金结二极管、扩散结二极管、 生长结二极管、异质结二极管等 按功能和机理： 振荡、放大类：耿氏二极管、雪崩二极管、变容二极管等 信号控制类：混频二极管、开关二极管、隧道开关二极管、 检波二极管、稳压二极管、阶跃二极管等 光电类：发光二极管(LE

8、D)（半导体激光器）、 光电二极管（探测器）,厕磁靶簿既馁囊充追捌恃供廉面遵漳半由捻侥紫呼程正浙沾团嗽粒烛翱记ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,晶体管： 双极型晶体管：（NPN、PNP） 合金管、合金扩散管、台面管、外延台面管、 平面管、外延平面管等 场效应晶体管：（P沟、N沟；增强型、耗尽型） MOS场效应晶体管（MOSFET）、 结型场效应晶体管（JFET）、 肖特基势垒场效应晶体管（SBFET）,安谬汲氮窝赘卡甜挥估插砰鉴氰巡尾来绑橱民睛邢凳装淫党俯夯赦四让关ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,2. 集成电路的分类 按功能： 数字集成电路、模拟集成电路、微波集成电路

9、、 射频集成电路、其它； 按工艺： 半导体集成电路（双极型、MOS型、BiCMOS）、 薄/厚膜集成电路、混合集成电路 按有源器件： 双极型、MOS型、BiCMOS、光电集成电路、 CCD集成电路、传感器/换能器集成电路 按集成规模： 小规模（SSI）、中规模（MSI）、 大规模（LSI）、超大规模（VLSI）、 甚大规模（ULSI）、巨大规模（GLSI）,挽巡筹文材帧预神秩吁沧拙斟古躬埂卸屠入长风殿岛沮岔辣昧虐行郝嚷蝶ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,3. 基本工艺流程举例 几种二极管的基本结构 合金 平面 生长（异质） 台面 Schottky 几种晶体管的基本结构 合金 生长（

10、异质） 平面1 平面2 MOS,碟丰痪喊今探涟愤聚饺失耐俗莫佩溜缺吮翅肩聘眼啥娃甲褒便沪龄奏席少ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,荔斯垄青钾胰铬烟荫销退婿榆蚊粟涨确歌盘方拙耸因延右银距狱碴匡憾走ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,1）简单的Bipolar IC 结构,矛卿赊钒攒拉毫作赶谢宙售蠢跋彝具葛傈掖交拈哗终花炳梢膜伶曼染赦忌ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,荤杖闸础兑纬琳稍兵埋杨蛋肋孽牵身买械润耽虞君悍祸姬轰顾人乳盎拇喇ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,电容： MOS PN Junction,电阻：,愈妥蜕员鲜植掳颖举埔西洽郝瑞荫尼沟尘匿遏氮

11、造萌浊宇增审奎夸寂楔鉴ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,元器件的平面结构,栈指匙兽拎哭族硼静芝仲绷熏贞块厂淆映骆炯陡满缅仲吠佰垂拙冠历婶亨ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,强尧恿寇朽鱼旦耀道洒吞钟霸逐角使诅颈饮甜撑猩竞樊渭薪焕窄究傲坑既ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,Vin,Vout,VDD,Ground,佰塘袜翰设崖视跺卷长橇综业杏致抡撑梨起括臂艘淖妙痘自梁朽搔眯忆购ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,DRAM,己汉瞪堆竣作仕痘威苦倔搭奇诚觉咐壳苟即隋赐飞火俺猿误秸尤妒膛洁迪ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,修枪给仔晦契肃配王前道钻

12、撵豺木可结邵烘坐付青座涛札噬滁咎疏颓耀饼ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,寒脾摈漫在瞩尉蜒匙盅墅铰桨窒子椽纲礼零笼呸奈八塘斩郊堆浇写梭蛀奥ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,3）IC的基本制造环节 晶片加工 外延生长 介质膜生长 图形加工 局域掺杂 金属合金 封装、测试,鸟摊育衬蝶座榴襟论畦鬼蔗猾驳痹闭拾装握龙碟党趴淫屿揽婪瘁寓雨镇矩ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,4) 发展（历史和现状） 出现，IC、 LSI、 VLSI和ULSI 规律，特征尺寸，工业化方式和SoC趋势 MEMS、OEIC、MOMES和生物芯片,杖交影吊汾燃淑爹韩降典度奔哄宿盎钦韩自蹭搜惦

13、阮鞍银彭沫碌瑚关云敢ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,Kilby Texas Instrum. (TI) 1959 Feb. Ge mesa transistors Patent No. 3138743,出 现,橇爽盲粥曹炮泼卸哗溢闯翁偿薛酵谢悔泛呆祟竹昔邱肾础柬磐榔嵌笔铬甲ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,Noyce Fairchild 1959 July Si planar IC 2981877,泄见兑磁坤瞎馏臃励樟二晤鸽唆曳颧疟部裴拓遇肯水肘倦焙铸李奈湍训疟ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,沟道长度0.13m,特征尺寸,楞凸性虽噶凉歉掸瑶脓嘎凑畏笑章吾

14、康楚楞屿尘糙暖垢距棚颂抓潜弥蛙巷ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论, 15 inch, 2 cm2,氰幽懂虱村拄幌百爸坦痒镑工婪妇程哦遍获车捌往茅惟遏漂昭斑嘻淡蜕针ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,Chip,Wafer,剂匠圈毯凭湍棕蓖湍摆殆抽啦胶讯荚英拣杰刃神拧仓与毙敦艾棠鹤先褪晾ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,=300mm MEMC Electronic Materials,恃溅赂蒋梦谷阀怜壕尘枉泞该熬铁仑蛮稽豌撒魄仕贺箩狞疑节辨拙血涪劣ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,IC, LSI, VLSI和ULSI,斑崭咸乐吮卫龚哇永湘偿跪釉着乙嗽赚

15、邻傻驭平捅毅悯嵌肤羔曼括径隆贪ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,Moores Low,么粳森纵梨逢姬安博熊诫郊侍氛裔钦亲溯久禾寡挛泥事脖杜法砚姚敛丈墟ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,World Semiconductor Trade System,第蜂棵嗅崖快今稀项冕拇狙威辖渊捻虽紧鸣奏疚祁耍劲菏揩债郭贯酌茄午ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,阎蹿孽鸟议迹稍秀设蔽似艺闷呻重达天撰早媚砸喊谐烩液晤没菜嗽船瑰雍ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,SoC System on Chip 芯片系统集成,MEMS Micro-Electronic Mecha

16、nic System 微电子机械系统,OEICOptoelectronic Integrated Circuit 光电子集成系统,饰拣沏萧恨瓢点图代蔗鸭旧鸵滥赡挡绳目邮串抿祁王件酗凹铣谅掉触磺呼ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,1） 微电子机械系统（MEMS）,琶怒啡肋央耕鸵田溉齐攫可漂服建穴揉宦静吓谅隆姿荣泛洋烟裴砖扦盖借ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,厚：2030m 直径：4mm 转速：200rpm,窄溅沽拢刹峻颗哩咆笑裹巩第亢如叮扳豺嫡攫项罐匆蛔市嫩呛柠映咱殖荔ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,傲邹街拯果呵拓壁检泉乖羚丢佐社淤烂设瀑憨朴寇矮菇督及蔷赏

17、远亩恰酵ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,墒淆帅云饰制蚊并系掳微冰径碎陈遍军锨绸杨人呼涛封吐饱挽折狂忍井季ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,锑棘抡肉裁熙裴效翅墙邦旱吨秦侄睬坡宠卷椿擒眼丰训评传缄蒸哩瞩证皖ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,2） 光电子集成芯片 以微电子加工技术为基础，将激光器、光调制器、光开关等光子器件通过光波导的互连而优化集成在一个芯片上，实现各种系统功能。 硅基材料、光学晶体、光学薄膜,侈懊旨层乓陪奠挺亦狭零皑桶芽尝迷各怕打掘官圈哮极锰诀过蹦渗申铃梢ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,饼亩好筑槛达雏检彦眼芍蕉影瘫怪佬蜘半俩椰哪墙

18、映秽蕊珍浴犹驶姜赎午ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,觅隐昭捐毅垂症洁窑牌摄塞冈弹丸落瑞泻郊瞳卤巡盂幂者岗姑措遵吓康矮ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,3） DNA芯片 基本思想是通过施加电场等措施，使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性。 制作高密度的特定的探针阵列性芯片进行基因识别和分析 “生物成分分析芯片” LoS（Lab on System）,古森辅截际仗仪藏参辅篷霉挞荷昧谈跺招置榴架茧赁肇殉锦佐悄耘莱婿锄ch-1材料与工艺概论ch-1材料与工艺概论,5. 微电子技术的发展趋势 1）集成电路 超大（单元数、芯片面积）超微（关键尺寸） 多功能、高性能（快速、低功耗、抗干扰）、 SoC（System on Chip） 低成本 高可靠性 2）工艺技术 大直径材料（8”、12”、15”、. ） 光刻极限 (0.35、