微電子學(xué)概論課件.ppt

1、Part 1,1,2,微電子學(xué)：Microelectronics 微電子學(xué)微型電子學(xué) 核心集成電路,物理電子學(xué):在以前主要是學(xué)習(xí)電子在真空中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其器件，現(xiàn)在內(nèi)容擴(kuò)展了，還包括微波方面的內(nèi)容。 微電子學(xué):主要是學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件和集成電路的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用。 固體電子學(xué):主要是學(xué)習(xí)電子材料方面的研制、應(yīng)用。,3,集成電路： Integrated Circuit，縮寫(xiě)IC 通過(guò)一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無(wú)源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能,4,集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架,5

2、,微電子科學(xué)技術(shù)的戰(zhàn)略地位,6,實(shí)現(xiàn)社會(huì)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計(jì)算機(jī)和/或通訊機(jī)，它們的基礎(chǔ)都是微電子 1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)：ENIAC,7,第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator 1946年2月14日 Moore School，Univ. of Pennsylvania 18,000個(gè)電子管組成,大?。洪L(zhǎng)24m，寬6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30噸； 功率：140KW；平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間：7min,8,集成電路的作用,小型化 價(jià)格急劇下降 功耗降低 故障率降低,9,其次

3、，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展過(guò)程中都有一條規(guī)律 集成電路（IC）產(chǎn)值的增長(zhǎng)率（RIC）高于電子工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)率（REI） 電子工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)率又高于GDP的增長(zhǎng)率（RGDP） 一般有一個(gè)近似的關(guān)系 RIC1.52REI REI3RGDP,10,晶體管的發(fā)明,理論推動(dòng) 19世紀(jì)末20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的三個(gè)重要物理效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng) 光生伏特效應(yīng) 整流效應(yīng) 量子力學(xué) 材料科學(xué) 需求牽引：二戰(zhàn)期間雷達(dá)等武器的需求,11,1947年12月23日 第一個(gè)晶體管 NPN Ge晶體管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain,獲得1956年Nobel物理獎(jiǎng),12,晶體管的三位發(fā)明

4、人：巴丁、肖克萊、布拉頓,13,集成電路的發(fā)明,1952年5月，英國(guó)科學(xué)家G. W. A. Dummer第一次提出了集成電路的設(shè)想 1958年以德克薩斯儀器公司的科學(xué)家基爾比(Clair Kilby)為首的研究小組研制出了世界上第一塊集成電路，并于1959年公布了該結(jié)果,14,1958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個(gè)器件，Ge晶片,獲得2000年Nobel物理獎(jiǎng),15,微電子發(fā)展史上的幾個(gè)里程碑,1962年Wanlass、C. T. SahCMOS技術(shù) 現(xiàn)在集成電路產(chǎn)業(yè)中占95%以上 1967年Kahng、S. Sze 非揮發(fā)存儲(chǔ)器 1968年Dennard單晶體管DRAM 19

5、71年Intel公司微處理器計(jì)算機(jī)的心臟 目前全世界微機(jī)總量約6億臺(tái)，在美國(guó)每年由計(jì)算機(jī)完成的工作量超過(guò)4000億人年工作量。美國(guó)歐特泰克公司認(rèn)為：微處理器、寬頻道連接和智能軟件將是21世紀(jì)改變?nèi)祟惿鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)的三大技術(shù)創(chuàng)新,16,不斷提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比是微電子技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力 集成電路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸縮小 倍，這就是摩爾定律,微電子發(fā)展的規(guī)律,17,Part 2,18,我國(guó)微電子學(xué)的歷史,1955年5所學(xué)校在北大聯(lián)合創(chuàng)建半導(dǎo)體專業(yè) 北京大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、吉林大學(xué)、廈門大學(xué) 教師：黃昆、謝稀德、高鼎三、林蘭英 學(xué)生：王陽(yáng)元、許居衍、陳星弼 1977年在北京大學(xué)誕

6、生第一塊大規(guī)模集成電路,19,我國(guó)微電子學(xué)的歷史,1982年，成立電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組 主任：萬(wàn)里 80年代：初步形成三業(yè)分離的狀態(tài) 制造業(yè) 設(shè)計(jì)業(yè) 封裝業(yè),20,Part 3,21,集成電路分類,集成電路的分類 器件結(jié)構(gòu)類型 集成電路規(guī)模 使用的基片材料 電路形式 應(yīng)用領(lǐng)域,22,集成電路按器件結(jié)構(gòu)類型分類,雙極集成電路：主要由雙極晶體管構(gòu)成 NPN型雙極集成電路 PNP型雙極集成電路 金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)集成電路：主要由MOS晶體管(單極晶體管)構(gòu)成 NMOS PMOS CMOS(互補(bǔ)MOS) 雙極-MOS(BiMOS)集成電路：同時(shí)包括雙極和MOS晶體管的集成電路

7、為BiMOS集成電路，綜合了雙極和MOS器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但制作工藝復(fù)雜,優(yōu)點(diǎn)是速度高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)， 缺點(diǎn)是功耗較大、集成度較低,功耗低、集成度高，隨著特征 尺寸的縮小，速度也可以很高,23,集成電路按集成電路規(guī)模分類,集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目 小規(guī)模集成電路(Small Scale IC，SSI) 中規(guī)模集成電路(Medium Scale IC，MSI) 大規(guī)模集成電路(Large Scale IC，LSI) 超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大規(guī)模集成電路(Giga

8、ntic Scale IC，GSI）,24,按結(jié)構(gòu)形式的分類,單片集成電路： 它是指電路中所有的元器件都制作在同一塊半導(dǎo)體基片上的集成電路 在半導(dǎo)體集成電路中最常用的半導(dǎo)體材料是硅，除此之外還有GaAs等 混合集成電路： 厚膜集成電路 薄膜集成電路,25,按電路功能分類,數(shù)字集成電路(Digital IC)：它是指處理數(shù)字信號(hào)的集成電路，即采用二進(jìn)制方式進(jìn)行數(shù)字計(jì)算和邏輯函數(shù)運(yùn)算的一類集成電路 模擬集成電路(Analog IC)：它是指處理模擬信號(hào)(連續(xù)變化的信號(hào))的集成電路 線性集成電路：又叫做放大集成電路，如運(yùn)算放大器、電壓比較器、跟隨器等 非線性集成電路：如振蕩器、定時(shí)器等電路 數(shù)模混合

9、集成電路(Digital - Analog IC) ：例如數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器等,26,集成電路的分類,27,微電子的特點(diǎn),微電子學(xué)：電子學(xué)的一門分支學(xué)科 微電子學(xué)以實(shí)現(xiàn)電路和系統(tǒng)的集成為目的，故實(shí)用性極強(qiáng)。 微電子學(xué)中的空間尺度通常是以微米(m, 1m106m)和納米(nm, 1nm = 10-9m)為單位的。 微電子學(xué)是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科,28,微電子的特點(diǎn),微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科 涉及了固體物理學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試與加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科 微電子學(xué)是一門發(fā)展極為迅速的學(xué)科，高集成度、

10、低功耗、高性能、高可靠性是微電子學(xué)發(fā)展的方向 微電子學(xué)的滲透性極強(qiáng)，它可以是與其他學(xué)科結(jié)合而誕生出一系列新的交叉學(xué)科，例如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物芯片等,Part 4,固體材料：超導(dǎo)體: 大于106(cm)-1 導(dǎo) 體: 106104(cm)-1 半導(dǎo)體: 10410-10(cm)-1 絕緣體: 小于10-10(cm)-1,？什么是半導(dǎo)體,從導(dǎo)電特性和機(jī)制來(lái)分： 不同電阻特性 不同輸運(yùn)機(jī)制,2. 半導(dǎo)體中的載流子：能夠?qū)щ姷淖杂闪Ｗ?本征半導(dǎo)體：n=p=ni,電子：Electron，帶負(fù)電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛 后形成的自由電子，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶中占據(jù)的電子 空穴：Hole，帶正電的

11、導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛 后形成的電子空位，對(duì)應(yīng)于價(jià)帶中的電子空位,價(jià)帶：0K條件下被電子填充的能量最高的能帶 導(dǎo)帶： 0K條件下未被電子填充的能量最低的能帶 禁帶：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間能帶 帶隙：導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間的能量差,半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體中載流子的行為可以等效為自由粒子，但與真空中的自由粒子不同，考慮了晶格作用后的等效粒子 有效質(zhì)量可正、可負(fù)，取決于與晶格的作用,電子和空穴的有效質(zhì)量m*,施主和受主濃度：ND、NA,施主：Donor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中 提供導(dǎo)電的電子，并成為帶正電的離子。如 Si中摻的P 和As 受主：Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)

12、體中 提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。如 Si中摻的B,本征載流子濃度： n=p=ni np=ni2 ni與禁帶寬度和溫度有關(guān),5. 本征載流子,本征半導(dǎo)體：沒(méi)有摻雜的半導(dǎo)體 本征載流子：本征半導(dǎo)體中的載流子,載流子濃度,電 子 濃 度 n, 空 穴 濃 度 p,多子：多數(shù)載流子 n型半導(dǎo)體：電子 p型半導(dǎo)體：空穴 少子：少數(shù)載流子 n型半導(dǎo)體：空穴 p型半導(dǎo)體：電子,8. 過(guò)剩載流子,由于受外界因素如光、電的作用，半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載流子為過(guò)剩載流子,載流子的產(chǎn)生和復(fù)合：電子和空穴增加和消失的過(guò)程 電子空穴對(duì)：電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生或復(fù)合,影響遷移率的

13、因素： 有效質(zhì)量 平均弛豫時(shí)間（散射,體現(xiàn)在：溫度和 摻雜濃度,半導(dǎo)體中載流子的散射機(jī)制： 晶格散射（ 熱 運(yùn) 動(dòng) 引 起） 電離雜質(zhì)散射,Part 5半導(dǎo)體物理學(xué),微電子學(xué)研究領(lǐng)域,半導(dǎo)體器件物理 集成電路工藝 集成電路設(shè)計(jì)和測(cè)試,微電子學(xué)發(fā)展的特點(diǎn),向高集成度、低功耗、高性能高可靠性電路方向發(fā)展 與其它學(xué)科互相滲透，形成新的學(xué)科領(lǐng)域： 光電集成、MEMS、生物芯片,半導(dǎo)體概要,固體材料分成：超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體,什么是半導(dǎo)體？,半導(dǎo)體及其基本特性,晶體結(jié)構(gòu),單胞 對(duì)于任何給定的晶體，可以用來(lái)形成其晶體結(jié)構(gòu)的最小單元,注：（a）單胞無(wú)需是唯一的,（ b）單胞無(wú)需是基本的,晶體結(jié)構(gòu),三

14、維立方單胞 簡(jiǎn)立方、 體心立方、 面立方,固體材料分成：超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體,固體材料的能帶圖,半導(dǎo)體的能帶,本征激發(fā),有效質(zhì)量的意義,自由電子只受外力作用；半導(dǎo)體中的電子不僅受到外力的作用，同時(shí)還受半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用 意義：有效質(zhì)量概括了半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用，使得研究半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)更為簡(jiǎn)便（有效質(zhì)量可由試驗(yàn)測(cè)定）,與理想情況的偏離,晶格原子是振動(dòng)的 材料含雜質(zhì) 晶格中存在缺陷 點(diǎn)缺陷（空位、間隙原子） 線缺陷（位錯(cuò)） 面缺陷（層錯(cuò)）,間隙式雜質(zhì)、替位式雜質(zhì),雜質(zhì)原子位于晶格原子間的間隙位置，該雜質(zhì)稱為間隙式雜質(zhì)。 間隙式雜質(zhì)原子一般比較小，如Si、Ge、GaAs材料中的離

15、子鋰（0.068nm）。 雜質(zhì)原子取代晶格原子而位于晶格點(diǎn)處，該雜質(zhì)稱為替位式雜質(zhì)。 替位式雜質(zhì)原子的大小和價(jià)電子殼層結(jié)構(gòu)要求與被取代的晶格原子相近。如、族元素在Si、Ge晶體中都為替位式雜質(zhì)。,間隙式雜質(zhì)、替位式雜質(zhì),單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)稱為雜質(zhì)濃度,施主：摻入在半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子，能夠向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的電子， 并成為帶正電的離子。如Si中的P 和As,N型半導(dǎo)體,半導(dǎo)體的摻雜,施主能級(jí),受主：摻入在半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子，能夠向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的空穴， 并成為帶負(fù)電的離子。如Si中的B,P型半導(dǎo)體,半導(dǎo)體的摻雜,受主能級(jí),半導(dǎo)體的摻雜,、族雜質(zhì)在Si、Ge晶體中分別為受主和施主雜質(zhì)，它們?cè)?/p>

16、禁帶中引入了能級(jí)；受主能級(jí)比價(jià)帶頂高 ，施主能級(jí)比導(dǎo)帶底低 ，均為淺能級(jí)，這兩種雜質(zhì)稱為淺能級(jí)雜質(zhì)。 雜質(zhì)處于兩種狀態(tài)：中性態(tài)和離化態(tài)。當(dāng)處于離化態(tài)時(shí)，施主雜質(zhì)向?qū)峁╇娮映蔀檎娭行?；受主雜質(zhì)向價(jià)帶提供空穴成為負(fù)電中心。,點(diǎn)缺陷,弗倉(cāng)克耳缺陷 間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn) 肖特基缺陷 只存在空位而無(wú)間隙原子 間隙原子和空位這兩種點(diǎn)缺陷受溫度影響較大，為熱缺陷，它們不斷產(chǎn)生和復(fù)合，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，總是同時(shí)存在的。 空位表現(xiàn)為受主作用；間隙原子表現(xiàn)為施主作用,點(diǎn)缺陷,替位原子（化合物半導(dǎo)體）,位錯(cuò),位錯(cuò)是半導(dǎo)體中的一種缺陷，它嚴(yán)重影響材料和器件的性能。,本征半導(dǎo)體載流子濃度,本征半導(dǎo)體 無(wú)任何雜質(zhì)

17、和缺陷的半導(dǎo)體,載流子輸運(yùn),半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn)有三種形式： 漂移 擴(kuò)散 產(chǎn)生和復(fù)合,熱運(yùn)動(dòng),在無(wú)電場(chǎng)作用下，載流子永無(wú)停息地做著無(wú)規(guī)則的、雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，稱為熱運(yùn)動(dòng) 晶體中的碰撞和散射引起 凈速度為零，并且凈電流為零 平均自由時(shí)間為,熱運(yùn)動(dòng),當(dāng)有外電場(chǎng)作用時(shí)，載流子既受電場(chǎng)力的作用，同時(shí)不斷發(fā)生散射 載流子在外電場(chǎng)的作用下為熱運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的疊加，因此電流密度是恒定的,散射的原因,載流子在半導(dǎo)體內(nèi)發(fā)生撒射的根本原因是周期性勢(shì)場(chǎng)遭到破壞 附加勢(shì)場(chǎng) 使得能帶中的電子在不同 狀態(tài)間躍遷，并使得載流子的運(yùn)動(dòng)速度及方向均發(fā)生改變，發(fā)生散射行為。,由于受外界因素如光、電的作用，半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了

18、平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載流子為過(guò)剩載流子，也稱為非平衡載流子,過(guò)剩載流子,非平衡載流子的光注入,小注入條件,小注入條件：注入的非平衡載流子濃度比平衡時(shí)的多數(shù)載流子濃度小的多,N型材料,P型材料,非平衡載流子壽命,假定光照產(chǎn)生 和 ，如果光突然關(guān)閉， 和 將隨時(shí)間逐漸衰減直至0，衰減的時(shí)間常數(shù)稱為壽命 ，也常稱為少數(shù)載流子壽命 單位時(shí)間內(nèi)非平衡載流子的復(fù)合概率 非平衡載流子的復(fù)合率,復(fù)合,n型材料中的空穴,當(dāng) 時(shí)， ，故壽命標(biāo)志著非平衡載流子濃度減小到原值的1/e所經(jīng)歷的時(shí)間；壽命越短，衰減越快,PN結(jié)雜質(zhì)分布,PN結(jié)是同一塊半導(dǎo)體晶體內(nèi)P型區(qū)和N型區(qū)之間的邊界 PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件

19、的基礎(chǔ)，了解它的工作原理有助于更好地理解器件 典型制造過(guò)程 合金法 擴(kuò)散法,反向擊穿,電流急劇增加 可逆 雪崩倍增 齊納過(guò)程 不可逆 熱擊穿,Part 6 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性,半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn)有三種形式： 漂移 擴(kuò)散 產(chǎn)生和復(fù)合,散射的原因,載流子在半導(dǎo)體內(nèi)發(fā)生撒射的根本原因是周期性勢(shì)場(chǎng)遭到破壞 附加勢(shì)場(chǎng) 使得能帶中的電子在不同 狀態(tài)間躍遷，并使得載流子的運(yùn)動(dòng)速度及方向均發(fā)生改變，發(fā)生散射行為。,平衡載流子,在某以熱平衡狀態(tài)下的載流子稱為平衡載流子 非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)的判據(jù)式,（只受溫度T影響）,由于受外界因素如光、電的作用，半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載

20、流子為過(guò)剩載流子，也稱為非平衡載流子,過(guò)剩載流子,非平衡載流子的光注入,小注入條件,小注入條件：注入的非平衡載流子濃度比平衡時(shí)的多數(shù)載流子濃度小的多,N型材料,P型材料,pn結(jié),PN結(jié)雜質(zhì)分布,PN結(jié)是同一塊半導(dǎo)體晶體內(nèi)P型區(qū)和N型區(qū)之間的邊界 PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，了解它的工作原理有助于更好地理解器件 典型制造過(guò)程 合金法 擴(kuò)散法,6. PN結(jié)擊穿,PN結(jié)擊穿(junction breakdown)：PN結(jié)反向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加的現(xiàn)象稱為“PN結(jié)擊穿”，這時(shí)的電壓稱為擊穿電壓（VR）。,器件設(shè)計(jì)中要考慮的最重要問(wèn)題之一：結(jié)的擊穿。,雪崩擊穿,6.1 PN結(jié)擊穿,PN

21、結(jié)加大的反向偏壓 載流子從電場(chǎng)獲得能量 ,載流子與勢(shì)壘區(qū)晶格碰撞 能量足夠大時(shí)價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶產(chǎn)生電子空穴對(duì) 新形成的電子、空穴被電場(chǎng)加速，碰撞出新的電子、空穴 載流子倍增 硅 PN 結(jié)發(fā)生雪崩擊穿的電場(chǎng)強(qiáng)度為 105-106 V / cm 屬于非破壞性可逆擊穿。,在高電場(chǎng)下耗盡區(qū)的共價(jià)鍵斷裂產(chǎn)生電子和空穴，即有些價(jià)電子通過(guò)量子力學(xué)的隧道效應(yīng)從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶，從而形成反向隧道電流。 屬于非破壞性可逆擊穿。 隧道擊穿機(jī)制用于描述具有低擊穿電壓的結(jié)。 如硅PN 結(jié)，VB 6.7 V,6.2 PN結(jié)擊穿,齊納擊穿（隧道擊穿）,熱擊穿 熱損耗 局部升溫 電流增加 屬于破壞性不可逆擊穿,6.3 PN

22、結(jié)擊穿,Part 7 集成電路制造工藝,集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架,集成電路制造工藝,圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上 摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等 制膜：制作各種材料的薄膜,圖形轉(zhuǎn)換：光刻,光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī) 光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹(shù)脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體 光刻膠受到特定波長(zhǎng)光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變 正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠 負(fù)膠：分辨率差，適于加工線寬3m的線條,正膠：曝光后

23、可溶 負(fù)膠：曝光后不可溶,圖形轉(zhuǎn)換：光刻,幾種常見(jiàn)的光刻方法 接觸式光刻：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。 接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙(1025m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低 投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式,圖形轉(zhuǎn)換：光刻,超細(xì)線條光刻技術(shù) 甚遠(yuǎn)紫外線(EUV) 電子束光刻 X射線 離子束光刻,圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù),濕法刻蝕：利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法 干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等)與材料發(fā)生化學(xué)反

24、應(yīng)或通過(guò)轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的,圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù),濕法腐蝕： 濕法化學(xué)刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕 優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低 缺點(diǎn)是鉆蝕嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差,干法刻蝕,濺射與離子束銑蝕：通過(guò)高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差 等離子刻蝕(Plasma Etching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各向異性較差 反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching，簡(jiǎn)稱為RIE)：通過(guò)活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕。具有

25、濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。目前，RIE已成為VLSI工藝中應(yīng)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù),擴(kuò)散與離子注入,摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達(dá)到改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成PN結(jié)、電阻、歐姆接觸 磷(P)、砷(As) N型硅 硼(B) P型硅 摻雜工藝：擴(kuò)散、離子注入,擴(kuò) 散,替位式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位： 、族元素 一般要在很高的溫度(9501280)下進(jìn)行 磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴(kuò)散系數(shù)均遠(yuǎn)小于在硅中的擴(kuò)散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽層 間隙式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙： Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 擴(kuò)散系數(shù)要比替位式擴(kuò)

26、散大67個(gè)數(shù)量級(jí),離子注入,離子注入：將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù)，摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定 摻雜的均勻性好 溫度低：小于600 可以精確控制雜質(zhì)分布 可以注入各種各樣的元素 橫向擴(kuò)展比擴(kuò)散要小得多。 可以對(duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜,退 火,退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過(guò)程都可以稱為退火。 激活雜質(zhì)：使不在晶格位置上的離子運(yùn)動(dòng)到晶格位置，以便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子，起到雜質(zhì)的作用 消除損傷 退火方式： 爐退火 快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源(如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設(shè)備等),集成電路工藝,圖形轉(zhuǎn)換： 光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻、電子束光刻 刻蝕：干法刻蝕、濕發(fā)刻蝕 摻雜： 離子注入 退火 擴(kuò)散 制膜： 氧化：干氧氧化、濕氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸發(fā)、濺射,圖形曝光與刻蝕,圖形曝光（lithography）是利用掩模版（mask）上的幾何圖形，通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，將圖案轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體晶片上的感光薄膜層上（光致抗蝕劑、光刻膠、光阻）的一種工藝步驟。 這些圖案可用來(lái)定義集成電路中各種不同區(qū)域，如離子注入、接觸窗與壓焊墊區(qū)。而由圖形