ch材料與工藝概論

SemiconductorMaterials

&

BasicPrincipleofICPlanarProcessing

半導(dǎo)體材料

和

集成電路平面工藝基礎(chǔ)References：(Materials)3.材料科學(xué)與技術(shù)叢書—半導(dǎo)體工藝，K.A.杰克遜等主編， （科學(xué)出版社，1999）

ProcessingofSemiconductors,ByKennethA.JacksonandWolfgangSchr?ter,(Wiley-VCH,1996);Ch1,Ch24. 半導(dǎo)體器件的材料物理學(xué)基礎(chǔ)，陳治明等，科技版，19995. 微電子技術(shù)工程—材料、工藝與測試，劉玉嶺等，（電子工業(yè)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. 半導(dǎo)體制造技術(shù)，MichaelQuirk,JulianSerda （科學(xué)出版社，1999）SemiconductorManufacturingTechnology,(PrenticeHall,2001)6. 微電子技術(shù)工程—材料、工藝與測試，劉玉嶺等，（電子工業(yè)出版社， 2004）1. TheScienceandEngineeringofMicroelectronicFabrication, ByStephenA.Campbell,(Oxford,2ndEdition,2001)2. SiliconVLSITechnology—Fundamentals,Practiceand Modeling,ByLameD.Plummeretal,(Pearson Education,, 2000)主要教學(xué)內(nèi)容：第一篇(Overview&Materials)第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述第二章：半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)第三章：Si單晶的生長與加工第四章：幾種化合物半導(dǎo)體的材料生長與加工小結(jié): 材料

器件

工藝

第二篇(UnitProcess)第一章：IC制造中的超凈和硅片清潔技術(shù)第一單元：熱處理和局域摻雜技術(shù)第二章：擴(kuò)散摻雜技術(shù)(Ch3)第三章：熱氧化技術(shù)(Ch4)第四章：離子注入技術(shù)(Ch5)第五章：快速熱處理技術(shù)(Ch6)第二單元：圖形加工技術(shù)第六章：圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)（光刻技術(shù)）(Ch7~9)第七章：圖形刻蝕技術(shù)(Ch10~)

第三單元：薄膜技術(shù)第八章：薄膜物理淀積技術(shù)(Ch12)第九章：薄膜化學(xué)汽相淀積（CVD）技術(shù)(Ch13)第十章：晶體外延生長技術(shù)(Ch14)第四單元：集成技術(shù)簡介第十一章：基本技術(shù)(Ch15)第十二章：幾種IC工藝流程(Ch16)第十三章：質(zhì)量控制簡介第一章：IC平面工藝及發(fā)展概述

集成電路芯片？集成電路芯片？PassivationlayerBondingpadmetalp+SiliconsubstrateLIoxideSTIn-wellp-wellILD-1ILD-2ILD-3ILD-4ILD-5M-1M-2M-3M-4Polygatep-Epitaxiallayerp+ILD-6LImetalViap+p+n+n+n+2314567891011121314集成電路芯片？集成電路芯片？第一一章章：：IC平面面工工藝藝及及發(fā)發(fā)展展概概述述1、集集成成電電路路的的基基本本單單元元（（有有源源元元件件））二極極管管：：按結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和工工藝藝：：金/半接接觸觸二二極極管管：：肖特特基基二二極極管管、（（點(diǎn)點(diǎn)接接觸觸二二極極管管））面結(jié)結(jié)型型二二極極管管：：合金金結(jié)結(jié)二二極極管管、、擴(kuò)散散結(jié)結(jié)二二極極管管、生長長結(jié)結(jié)二二極極管管、、異異質(zhì)質(zhì)結(jié)結(jié)二二極極管管、、等等按功功能能和和機(jī)機(jī)理理：：振蕩蕩、、放放大大類類：：耿氏氏二二極極管管、、雪雪崩崩二二極極管管、、變變?nèi)萑荻O極管管、、等等信號號控控制制類類：：混頻頻二二極極管管、、開開關(guān)關(guān)二二極極管管、、隧隧道道開開關(guān)關(guān)二二極極管管、、檢波波二二極極管管、、穩(wěn)穩(wěn)壓壓二二極極管管、、階階躍躍二二極極管管、、等等光電電類類：：發(fā)光光二二極極管管(LED)（半半導(dǎo)導(dǎo)體體激激光光器器））、、光電電二二極極管管（（探探測測器器））晶體體管管：：雙極極型型晶晶體體管管：：（（NPN、PNP）合金金管管、、合合金金擴(kuò)擴(kuò)散散管管、、臺臺面面管管、、外外延延臺臺面面管管、、平面面管管、、外外延延平平面面管管等等場效效應(yīng)應(yīng)晶晶體體管管：：（（P溝、、N溝；；增增強(qiáng)強(qiáng)型型、、耗耗盡盡型型））MOS場效效應(yīng)應(yīng)晶晶體體管管（（MOSFET）、、結(jié)型型場場效效應(yīng)應(yīng)晶晶體體管管（（JFET）、、肖特特基基勢勢壘壘場場效效應(yīng)應(yīng)晶晶體體管管（（SBFET）2、集集成成電電路路的的分分類類：：按功功能能：：數(shù)字字集集成成電電路路、、模模擬擬集集成成電電路路、、微微波波集集成成電電路路、、射頻頻集集成成電電路路、、其其它它；；按工工藝藝：：半導(dǎo)導(dǎo)體體集集成成電電路路（（雙雙極極型型、、MOS型、、BiCMOS）、、薄/厚膜膜集集成成電電路路、、混混合合集集成成電電路路按有有源源器器件件：：雙極極型型、、MOS型、、BiCMOS、光光電電集集成成電電路路、、CCD集成成電電路路、、傳傳感感器器/換能能器器集集成成電電路路按集集成成規(guī)規(guī)模模：：小規(guī)規(guī)模模（（SSI）、、中中規(guī)規(guī)模模（（MSI）、、大規(guī)規(guī)模模（（LSI）、、超超大大規(guī)規(guī)模模（（VLSI）、、甚大大規(guī)規(guī)模模（（ULSI）、、巨巨大大規(guī)規(guī)模模（（GLSI）3、基基本本工工藝藝流流程程舉舉例例幾種種二二極極管管的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)合金金平平面面生生長長（（異異質(zhì)質(zhì)））臺臺面面Schottky幾種種晶晶體體管管的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)合金金生生長長（（異異質(zhì)質(zhì)））平平面面1平面面2MOS1~10m300~500m介質(zhì)膜Al電極SiO2膜外延層埋層襯底隔離、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、鎢塞、集電區(qū)1）、、簡簡單單的的BipolarIC結(jié)構(gòu)構(gòu)2）、、Si雙極極npn晶體體管管芯芯片片的的工工藝藝流流程程1、襯襯底底制制備備，，2、外外延延生生長長，，3、一一次次氧氧化化，，4、一一次次光光刻刻，，5、基基區(qū)區(qū)擴(kuò)擴(kuò)散散，，6、二二次次氧氧化化，，7、二二次次光光刻刻，，8、發(fā)發(fā)射射區(qū)區(qū)擴(kuò)擴(kuò)散散，，9、三三次次氧氧化化，，10、三三次次光光刻刻，，11、金金屬屬鍍鍍膜膜，，12、反反刻刻金金屬屬膜膜13、背背面面鍍鍍膜膜，，14、合合金金化化EBCn+pnn+一次次光光刻刻（（基基區(qū)區(qū)））、、二二次次光光刻刻（（發(fā)發(fā)射射區(qū)區(qū)））、、三三次次光光刻刻（（引引線線孔孔））、、四四次次光光刻刻（（反反刻刻引引線線））（負(fù)性光刻刻膠）一次氧化、一次光刻（基區(qū)光刻）、硼擴(kuò)散（基區(qū)擴(kuò)散）、基區(qū)再分布（二次氧化）二次光刻（發(fā)射區(qū)光刻）、磷擴(kuò)散（發(fā)射區(qū)擴(kuò)散+三次氧化）、三次光刻（引線孔光刻）、金屬鍍膜、反刻引線。氧化臺階、、套刻電容：MOSPNJunction電阻：元器件的平平面結(jié)構(gòu)VinVoutVDDGroundDRAM3）IC的基本制造造環(huán)節(jié)晶片加工外延生長介質(zhì)膜生長長圖形加工局域摻雜金屬合金封裝、測試試材料廠Foundry封裝廠4、發(fā)展(歷史和現(xiàn)狀狀)出現(xiàn)，IC、LSI、VLSI和ULSI，規(guī)律，特特征尺寸，，工業(yè)化方方式和SoC趨勢MEMS、OEIC、MOMES“生物芯片””KilbyTexasInstrum.(TI)1959Feb.GemesatransistorsPatentNo.3138743出現(xiàn)NoyceFairchild1959JulySiplanarIC2981877溝道長度<0.13m特征尺寸~15inch~2cm2ChipWafer=300mmMEMCElectronicMaterials,38摩爾定理：：由Intel創(chuàng)始人之一一的Moore提出的，被被人認(rèn)為可可以獲得諾諾貝爾經(jīng)濟(jì)濟(jì)學(xué)獎的定定理一塊芯片上上的晶體管管數(shù)目大約約每隔12個月翻一番番（1964年）（1975年修訂為18個月）實(shí)現(xiàn)途徑：：晶體管尺寸寸減??；芯片尺寸增增大；Moore’sLowMoore’sLowWorldSemiconductorTradeSystem器件（電路）設(shè)計測試與驗(yàn)證版圖設(shè)計與制造芯片制造測試封裝測試器件生產(chǎn)基本過程SoC———SystemonChip芯片系統(tǒng)集集成MEMS———Micro-ElectronicMechanicSystem微電子機(jī)械械系統(tǒng)OEIC———OptoelectronicIntegratedCircuit光電子集成成系統(tǒng)MOMES1）、微電子子機(jī)械系統(tǒng)統(tǒng)（MEMS）微電子技術(shù)術(shù)與精密機(jī)機(jī)械技術(shù)相相結(jié)合，將將微型傳感感器（力、、熱、光、、電、磁、、聲）、微微型執(zhí)行器器（如：機(jī)機(jī)械）、信信號處理與與控制電路路、接口電電路、通信信系統(tǒng)以及及電源集成成一體。目前主要用用硅材料和和介質(zhì)膜通通過光刻技技術(shù)實(shí)現(xiàn)厚：20~30m直徑：4mm轉(zhuǎn)速：200rpm物理要點(diǎn)：：振動的質(zhì)質(zhì)量塊電容容極板在非非慣性系統(tǒng)統(tǒng)中受到科科氏力的作作用，質(zhì)量量塊移動而而引起電容容的變化。。LabonChip2）、光電子子集成芯片片以微電子加加工技術(shù)為為基礎(chǔ)，將將激光器、、光調(diào)制器器、光開關(guān)關(guān)等等光子子器件通過過光波導(dǎo)的的互連而優(yōu)優(yōu)化集成在在一個芯片片上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各種系統(tǒng)統(tǒng)功能。硅基材料、、光學(xué)晶體體、光學(xué)薄薄膜激光多普勒勒速度儀（（LiNbO3）3）、DNA芯片*基本思想是是通過施加加電場等措措施，使一一些特殊的的物質(zhì)能夠夠反映出某某種基因的的特性。制作高密度度的特定的的探針陣列列性芯片——進(jìn)行基因識識別和分析析“生物成分分分析芯片片”——LoS（LabonSystem）5、微電子技技術(shù)的發(fā)展展趨勢1）集成電路路：超大（單元元數(shù)、芯片片面積）——超微（關(guān)鍵鍵尺寸）多功能、高高性能（快快速、低功功耗、抗干干擾）、SoC（SystemonChip）低成本高可靠性2）工藝技術(shù)術(shù)：大直徑材料料（8”、12”、15”、。。。））光刻極限(0.35→0.13、90nm→40nm、25nm→?）新結(jié)構(gòu)器件件（應(yīng)變硅、納電子技技術(shù)、高k介質(zhì)。。。。）超純環(huán)境和和材料（半半導(dǎo)體材料料、介質(zhì)材材料、試劑劑）、新測測試和封裝裝技術(shù)單項(xiàng)技術(shù)（（壓印光刻刻技術(shù)等3）新領(lǐng)域：：MEMS：多樣化、、小型化、、與控制電電路集成納電子：量子子線/點(diǎn)微結(jié)構(gòu)、集集成化、工作作溫度新材料電子器器件：有機(jī)分分子電路、自旋器件光子晶體：短短波長、局域域生長、三維維材料、參數(shù)可控硅光子學(xué)：（（硅光電集成成系統(tǒng)）特征尺寸減小小、芯片和晶晶圓尺寸增大大、缺陷密度度減小、內(nèi)部連線水平平提高、芯片片成本降低學(xué)習(xí)該課程應(yīng)應(yīng)注意認(rèn)識到到工藝中：1、基礎(chǔ)知識應(yīng)應(yīng)用上的綜合合性2、技術(shù)面上的的綜合性3、與器件（電電路）的緊密密相關(guān)性4、與可靠性、、性價比的關(guān)關(guān)系始終要問的問問題：機(jī)理是什么？？如何測量？與同類工藝的的的比較？與前后工藝是是否兼容？是否影響器件件的可靠性？？綜合成本如何何？9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、雨中黃黃葉樹，，燈下白白頭人。。。21:49:0921:49:0921:4912/7/20229:49:09PM11、以我獨(dú)獨(dú)沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2221:49:0921:49Dec-2207-Dec-2212、故人江海別別，幾度隔山山川。。21:49:0921:49:0921:49Wednesday,December7,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2221:49:0921:49:09December7,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。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、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/721:49:0921:49:0907December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點(diǎn)點(diǎn)的射線線向前。。。9:49:09下午午9:49下午午21:49:0912月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時時停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December7,202210、很多事情努努力了未必有有結(jié)果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。21:49:0921:49:0921:4912/7/20229:49:09PM11、成功就是日日復(fù)一日那一一點(diǎn)點(diǎn)小小努努力的積累。。。12月-2221:49:0921:49Dec-2207-Dec-2212、世間成事事，不求其其絕對圓滿滿，留一份份不足，可可得無限完完美。。21:49:0921:49:0921:49Wednesday,December7,202213、不知知香積積寺，，數(shù)里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2221:49:0921:49:09December7,202214、意志堅(jiān)強(qiáng)的的人能把世界界放在手中像像泥塊一樣任任意揉捏。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，，荊荊門門九九派派通通。。。。。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時時，，步步行行奪奪得得胡胡馬馬騎騎。。。。2022/12/721:49:0921:49:0907December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來來秋。。。9:49:09下下午9:49下下午午21:49:0912月月-229、楊柳散和和風(fēng)，青山山澹吾