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1、1,半导体工艺技术,张晓波三教2406,2512 微电子实验室Tel:8880311813681100693,2,大纲（1）,教学参考书：美 James D.Plummer,Michael Deal,Peter B.Griffin Silicon VLSI Technology Fundamentals,Practice and Modeling严利人 等译 硅超大规模集成电路工艺技术理论、实践与模型 电子工业出版社Michael Quirk,Julian Serda著半导体制造技术韩郑生 等译.电子工业出版社.2004.1美 Stephen A.Campbell The Science an

2、d Engineering of Microelectronic Fabrication 曾莹等译微电子制造科学原理与工程技术电子工业出版社,3,大纲（2）,第一章 前言第二章 现代CMOS器件工艺第三章 晶体生长、硅片制备及硅片基本性能第四章 半导体制造：净化间、硅片清洗和吸杂第五章 光刻第六章 热氧化及SiO2/Si界面第七章 热扩散第八章 离子注入第九章 薄膜淀积第十章 刻蚀第十一章 后端工艺（金属化等）,4,1947年发明点接触晶体管（贝尔实验室）,5,世界上第一个点接触晶体管,6,N,N,N,N,P,N,N,P,P,1950年发明生长结晶体管（TI）,7,N,N,N,N,P,P,In

3、,In,1951年发明了合金结双极型晶体管,8,威廉肖克利：于1955年建立了世界上第一家半导体公司肖克利半导体实验室,9,N,N,N,N,N,N,1957年的台面型双扩散晶体管,N,N,P,P,P,P,10,1958年Fairchild 的Jean Hoerni 发明平面工艺,N,N,N,N,N,N,P,P,P,SiO2,N,P,N,11,1959年发明集成电路,关键的技术：采用掩膜版和光刻技术，在同一个芯片内制造多个器件，并互相连接。它结合扩散工艺和SiO2钝化层，形成了现代IC的结构。,发明人：Texas Instruments 的 Jack Kilby 和 Fairchild Semi

4、conductor 的 Robert Noyce。因此，Jack Kilby获得诺贝尔物理奖。,12,Jack Kilby发明的第一个集成电路12个器件，Ge 晶体,获得2000年诺贝尔物理学奖,13,14,第一个单片平面集成电路,罗伯特诺伊思（Robert Noyce）领导从肖克利半导体实验室出走的八位工程师创办了世界上制造和销售芯片的第一家公司仙童半导体公司。与戈登摩尔（Gordon Moore）和安德鲁格罗夫（Andrew Grove）在1968年创办了英特尔公司,15,1962年研制出MOS场效应晶体管,金属栅,绝缘层,源区,漏区,PMOS(Fairchild);NMOSFET(RCA

5、),16,1965年发明双列直插式封装,17,1971年，英特尔公司的霍夫发明了微处理器4004。,1973年，英特尔公司制造出了第二代微型计算机8080、8086。以后陆续诞生了8088、286、386、486、586、奔3、奔4、,18,19,1965年，Gordon Moore提出了一个关于集成电路发展的预测：“The complexity for minimum component cost has increased at a rate of roughly a factor of two per year”.后来在1975年被修正为：The number of components

6、 per IC doubles every 18-24 months.“集成电路中的元件数每1824个月翻一倍。”,摩尔定律Moores law,20,21,2003Itanium 2,19714004,2001Pentium IV,1989386,2300,134 000,410M,42M,1991486,1.2M,transistor/chip,10 m 1 m0.1 m,transistor size,Human hair Red blood cell Bacteria Virus,22,300mm硅片和intel Pentium-IV芯片,23,集成度增加趋势,24,线宽变窄趋势,25

7、,芯片面积增加趋势,26,掩膜层数增加趋势,27,缺陷密度下降趋势,28,价格下降趋势,29,特征尺寸（Feature Dimension)：芯片上的物理尺寸特征。最小特征尺寸也称为关键尺寸（CD：Critical Dimension）。一般把CD作为定义制造复杂性水平的标准，并照此定义了“技术节点”（technology node）。随着技术的发展，已无法用统一的一个标准来衡量工艺技术的特征，因此ITRS(The International Technology Roadmap for Semiconductors)2005已不再使用“技术节点”一词。,30,31,ITRS 2005 的预测

8、,32,33,No complete technological solution available!,Physical gate length in nm,Year,We are here.,ITRS,the International Technology Roadmap for Semiconductors:http:/,Source,Drain,34,ITRS International Technology Roadmap for Semiconductors http:/预言硅主导的IC技术蓝图,等比例缩小原则Scaling down,由欧洲电子器件制造协会（EECA）、欧洲半导

9、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,35,器件几何尺寸：Lg，Wg，tox，xj 1/k衬底掺杂浓度N k电压Vdd 1/k 器件速度 k芯片密度 k2,器件的等比例缩小原则Constant-field Scaling-down Principle,36,NEC,37,制备超小型晶体管已不再困难,而实现高性能则极具挑战,H.Iwai,Solid-State Electronics 48(2004)49

10、7503,38,39,集成电路产业体系基本构成,40,无制造厂公司（fabless company)：只设计芯片，而由其他芯片制造商制造芯片。代工厂（foundry)：仅为其他公司生产芯片，无自己的芯片产品。,41,42,43,44,45,46,47,48,前道工艺：指从裸晶圆至封装前初测的加工过程-集成电路制造；技术分类：图形转移技术：光刻、刻蚀、化学机械抛光等；薄膜生成技术：外延、氧化、CVD、PVD等；掺杂技术：扩散、离子注入等后道工艺：指从集成电路制造后的初测至封装出厂前的加工过程 封装与测试；技术：划片、封装、测试、老化等；辅助工艺：指为保证前后道正常进行的一些辅助性工艺技术 技术分类：净化（无尘）厂房技术；超纯水制备技术：一般自来水100cm，去离子水 DIW（deionized water)18M.cm 高纯气体制备技术:N2,99.999%光刻掩膜版制备技术 单晶硅片制造技术 超纯化学试剂制备技术,集成电路工艺分类,