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文檔簡介
第一章微納加工技術發(fā)展概述ppt課件當前1頁,總共56頁。主要內容本課程的主要內容集成電路的發(fā)展MEMS技術簡介1.4蘇州納米區(qū)簡介2當前2頁,總共56頁。3當前3頁,總共56頁。1.1課程的主要內容第一章微納加工技術發(fā)展概述第二章CMOS工藝流程第三章潔凈室、晶圓片清洗與吸雜處理第四章光刻第五章薄膜淀積第六章刻蝕第七章熱氧化和Si-SiO2界面第八章離子注入第九章擴散(已學)第十章后端工藝第十一章未來趨勢與挑戰(zhàn)4當前4頁,總共56頁。教材5作者:唐天同,王兆宏西安交通大學電子工業(yè)出版社,2010當前5頁,總共56頁。教材6(美)JamesD.Plummer,MichaelD.Deal,PeterB.Griffin著,
2005,電子工業(yè)出版社當前6頁,總共56頁。分數(shù)比例作業(yè)15%考勤15%實驗20%考試50%7當前7頁,總共56頁。1.2
集成電路工藝的發(fā)展1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項關鍵發(fā)明1.2.3半導體器件
集成電路工藝的發(fā)展歷程8當前8頁,總共56頁。?
1959
and
1990integratedcircuits.?Progressdueto:
-Feature
size(特征尺寸)
reduction13%
years(Moore’s
Law).
-
Increasing
chipsize(芯片尺寸)≈16%
per
year.
集成電路工藝的發(fā)展歷程Evolution
ofIntegratedCircuits
Fabrication9特征尺寸:工藝制造中晶圓片表面能刻印出圖形的最小尺寸。當前9頁,總共56頁。OnApril19,1965
Electronics
Magazine
published
a
paperbyGordon
Mooreinwhichhe
madeapredictionaboutthesemiconductor
industry
that
has
become
thestuff
oflegend.“Thenumberoftransistorsincorporatedinachipwillapproximatelydoubleevery24months.”Known
asMoore'sLaw,
his
predictionhas
enabledwidespread
proliferation
oftechnology
worldwide,
and
todayhasbecome
shorthandfor
rapidtechnological
change.
Moore’s
Law1010億當前10頁,總共56頁。GordonMoore:Intel創(chuàng)始人/pressroom/kits/events/moores_law_40th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit11當前11頁,總共56頁。?
The
era
of
“easy”
scaling
is
over.
We
are
now
in
a
period
where
technology
and
device
innovations
are
required.
Beyond
2020,
new
currently
unknown
inventions
will
be
required.IC最小特征尺寸的發(fā)展歷史及規(guī)劃Device
Scaling
Over
Time12當前12頁,總共56頁。?
1990
IBM
demo
of
?
scale
“l(fā)ithography”.?
Technology
appears
to
be
capable
of
making
structures
much
smaller
thancurrently
known
device
limits.
ITRS
at
13ITRS硅技術發(fā)展規(guī)劃當前13頁,總共56頁。ITRS—InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors預言硅主導的IC技術藍圖由歐洲電子器件制造協(xié)會(EECA)、歐洲半導體工業(yè)協(xié)會(ESIA)、日本電子和信息技術工業(yè)協(xié)會(JEITA)、韓國半導體工業(yè)協(xié)會(KSIA)、臺灣半導體工業(yè)協(xié)會(TSIA)和半導體工業(yè)協(xié)會(SIA)合作完成。器件尺寸下降,芯片尺寸增加互連層數(shù)增加掩膜版數(shù)量增加工作電壓下降http://14當前14頁,總共56頁。AdvantagesandChallengesAssociatedwiththe
Introduction
of450mmWafers
:Aposition
paperreportsubmittedbytheITRS
StartingMaterials
Sub-TWG,June2005.Linewidth
vs.
Fab
Cost15當前15頁,總共56頁。1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項關鍵發(fā)明?
Invention
of
the
bipolartransistor(點接觸晶體管)-
1947,
Bell
Labs.W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain1956年諾貝爾物理獎點接觸晶體管:基片是N型鍺,發(fā)射極和集電極是兩根金屬絲。這兩根金屬絲尖端很細,靠得很近地壓在基片上。金屬絲間的距離:~50μm16當前16頁,總共56頁。17當前17頁,總共56頁。1948年W.Shockley提出結型晶體管概念1950年第一只NPN結型晶體管18當前18頁,總共56頁。?
Grown
junction
transistortechnology
(生長結技術)of
the
1950s結型晶體管的制備19Ge當前19頁,總共56頁。?
Alloy
junction
technology(合金結技術)of
the
1950s.?
Double
diffused
transistortechnology(氣相源擴散工藝,1956福勒和賴斯)in1957,Bell
Labs.PN結裸露在外面20加熱Ge高溫爐Si腐蝕形成臺面結構當前20頁,總共56頁。211955年,IBM608,3000多個鍺晶體管,重約1090kg第一個商用晶體管計算機當前21頁,總共56頁。221958年Jack·Kilby發(fā)明的世界上第一塊基于鍺的集成電路,德州儀器相移振蕩器簡易集成電路專利號:No.31838743,批準時間當前22頁,總共56頁。?
The
planar
process
(Hoerni
-
Fairchild仙童公司,
late
1950s).?
First
“passivated(鈍化)”
junctions.平面工藝
planar
process23?
平面工藝:二氧化硅屏蔽的擴散技術光刻技術JeanHoerni當前23頁,總共56頁。?
Basiclithography
process–––Apply
photoresistPatterned
exposureRemovephotoresistregions––Etch
waferStrip
remaining
photoresist光刻
Photolithography24當前24頁,總共56頁。25Robert
Noyce與他發(fā)明的集成電路專利號:No.2981877,批準時間當前25頁,總共56頁。簡短回顧:一項基于科學的偉大發(fā)明Bardeen,Brattain,Shockley,FirstGe-basedbipolartransistorinvented1947,BellLabs.NobelprizeKilby(TI)&Noyce(Fairchild),Inventionofintegratedcircuits1959,NobelprizeAtalla,FirstSi-basedMOSFETinvented1960,BellLabs.Planartechnology,JeanHoerni,1960,
Fairchild
FirstCMOScircuitinvented1963,Fairchild“Moore’slaw”coined1965,FairchildDennard,scalingrulepresented1974,IBMFirstSitechnologyroadmappublished1994,USA26當前26頁,總共56頁?;酒骷﨎JT:模擬電路及高速驅動MOS器件:高密度、更低功耗、更大的設計靈活性
NMOS,PMOS,CMOS20世紀70年代
半導體器件PN結:27當前27頁,總共56頁。BECppn+n-p+p+n+n+BJT28當前28頁,總共56頁。GateSourceDrain襯底SubstrateMOS:金屬-氧化物-半導體NMOS29柵極:開關作用,取決于電壓大小。N+:提供電子,提高開關時間。絕緣層防止Na+、K+干擾。溝道為P型。當前29頁,總共56頁。n+n+p+p+G端為高電平時導通G端為低電平時導通30當前30頁,總共56頁。31反向器輸入:高電平,相當于1,輸出0輸入:低電平,相當于0,輸出1沒有形成回路,功耗低當前31頁,總共56頁。CMOSCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor):PMOS管和NMOS管互補共同構成的MOS集成電路。32當前32頁,總共56頁。?MetalPlanarizationrequired
for
multiplemetallayers––––––Metal
DepositionPatterningFill
DielectricPlanarizationContact
viasContactDepositionMultiple
Metal
Layers33當前33頁,總共56頁。?
ICs
are
widely
regarded
as
one
of
the
key
components
of
the
information
age.?
Basic
inventions
between
1945
and
1970
laid
the
foundation
for
today‘ssilicon
industry.?
For
more
than
40
years,
"Moore's
Law"
(a
doubling
of
chip
complexity
every2-3
years)
has
held
true.?
CMOS
has
become
the
dominant
circuit
technology
because
of
its
low
DC
poweronsumption,
high
performance
and
flexible
design
options.
Future
projectionssuggest
these
trends
will
continue
at
least
15
more
years.?
Silicon
technology
has
become
a
basic
“toolset”
for
many
areas
of
science
and
engineering.?
Computer
simulation
tools
have
been
widely
used
for
device,
circuit
and
system
design
for
many
years.
CAD
tools
are
now
being
used
for
technology
design.?
Chapter
1
also
contains
some
review
information
on
semiconductor
materials
semiconductor
devices.
These
topics
will
be
useful
in
later
chapters
of
the
text.Summary
of
Key
Ideas34當前34頁,總共56頁。Richard
Feynman,1959“There’s
Plenty
of
Room
at
the
Bottom”35
一根頭發(fā)=100微米=100000納米1.3MEMS技術簡介當前35頁,總共56頁。MEMS系統(tǒng)的定義MICRO-ELECTRO-MECHANICALSYSTEMS,集物理、化學和生物的傳感器、執(zhí)行器與信息處理和存儲為一體的微型集成系統(tǒng)。3636當前36頁,總共56頁。(Tai,
Fan
&
Muller)19701980
HNA1960EDP
Pressure
Sensor
(Honeywell)Anodic
BondingKOHSi
PressureSensor(Motorola)MEMS的歷史
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當前37頁,總共56頁。1987198719871987Berkeley:
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當前38頁,總共56頁。1994年,DRIE技術問世
1994
DRIE專利申請MEMS進入體硅加工時代
3939當前39頁,總共56頁。MEMS的產(chǎn)學研圖譜4040當前40頁,總共56頁。全球汽車MEMS傳感器的銷售額將在2012年增長16%,達到23.1億美元。41當前41頁,總共56頁。燈光調節(jié),剎車系統(tǒng)……汽車上的MEMS加速度計一輛高端的汽車會有上百個傳感器,包括30~50個MEMS傳感器。
安全氣囊
高g值加速度計,約80%汽車
側翻保護
低g值加速度計
車輛動態(tài)控制(ESP)
低g值加速度計、陀螺儀和組合
慣性模塊用于車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)
TPMS輪胎壓力實時監(jiān)視系統(tǒng)
發(fā)動機機油壓力傳感器
剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器
發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器
柴油機共軌壓力傳感器42當前42頁,總共56頁。不同汽車種類的MEMS需求43當前43頁,總共56頁。加速度計和陀螺儀的應用分布44當前44頁,總共56頁。美新趙陽當前45頁,總共56頁。46當前46頁,總共56頁。手機和平板電腦中的運動傳感器將是未來5年內熱門技術中的熱門蘋果引爆MEMS傳感器應用熱潮
融合IMU擴大應用領域47當前47頁,總共56頁?!?/p>
智能手機中的MEMS器件智能手機中的MEMS加速
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