微电子工艺
微电子工艺基础绪论
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微电子工艺基础绪论
1.为什么要学这门课？
³ 提高显示芯片的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制 造工艺会在显示芯片内部集成更多的晶体管，使显示芯片实 现更高的性能、支持更多的特效；更先进的制造工艺会使显 示芯片的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆 上可以制造出更多的显示芯片产品，直接降低了显示芯片的 产品成本，从而最终会降低显卡的销售价格使广大消费者得 利；更先进的制造工艺还会减少显示芯片的功耗，从而减少 其发热量，解决显示芯片核心频率提升的障碍.....显示芯片自 身的发展历史也充分的说明了这一点，先进的制造工艺使显 卡的性能和支持的特效不断增强，而价格则不断下滑，例如 售价为1500左右的中端显卡GeForce 7600GT其性能就足以 击败上一代售价为5000元左右的顶级显卡GeForce 6800Ultra。
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微电子工艺基础绪论
第1章 绪论
一、微电子产业
• 1、微电子业在国民经济中的作用* • 2、半导体工业的诞生* • 3、分立器件、集成电路*** ➢ 4、微电子工艺的发展**** • 5、微电子产业的分类***
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微电子工艺基础绪论
第1章 绪论 一、微电子产业
4、微电子工艺的发展概况
•70年代，离子注入技术，实现了浅结掺杂。
•新工艺新技术不断出现，例如：等离子技术，电子束光刻， 分子束外延等。（参照教材P10~P15）
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微电子工艺基础绪论
第1章 绪论 一、微电子产业
4、微电子工艺的发展概况
•（1）平面工艺的诞生***** •（2）平面工艺的发展** ✓（3）工艺及产品趋势** •（4）微电子工艺的特点*****
微电子工艺习题答案(整理供参考)
第一章1.集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如Si、GaAs）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。
集成电路发展的五个时代及晶体管数目：小规模集成电路（小于100个）、中规模集成电路（100~999）、大规模集成电路（1000~99999）、超大规模集成电路（超过10万）、甚大规模集成电路（1000万左右）。
2、硅片制备（Wafer preparation）、硅片制造（Wafer fabrication）硅片测试/拣选（Wafer test/sort）、装配与封装（Assembly and packaging）、终测（Final test）。
3、半导体发展方向：提高性能、提高可靠性、降低价格。
摩尔定律：硅集成电路按照4年为一代，每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%，IC工作速度提高1.5倍等发展规律发展。
4、特征尺寸也叫关键尺寸，集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。
5、more moore定律：芯片特征尺寸的不断缩小。
从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小，more than moore定律:指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。
6、High-K：高介电系数；low-K:低介电系数；Fabless：无晶圆厂；Fablite：轻晶片厂；IDM：Integrated Device Manufactory集成器件制造商；Foundry:专业代工厂；Chipless:无晶片1、原因：更大直径硅片，更多的芯片，单个芯片成本减少；更大直径硅片，硅片边缘芯片减小，成品率提高；提高设备的重复利用率。
硅片尺寸变化：2寸（50mm）-4寸（100mm）-5寸（125mm）-6寸（150mm）-8寸（200mm）-12寸（300mm）-18寸（450mm）.2、物理尺寸、平整度、微粗糙度、氧含量、晶体缺陷、颗粒、体电阻率。
微电子工艺概论1-5
1.硅作为电子材料的优点·原料充分，占地壳25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式；·硅晶体表面易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要； ·密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，用于航空、航天；·热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃ ，热导率高，1.50W/cm ·℃，芯片散热； ·单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，目前16英寸；·机械性能良好，MEMS 。
2.硅晶体缺陷——点缺陷·本征缺陷（晶体中原子由于热运动） 空位 A ：晶格硅原子位置上出现空缺；自填隙原子B ：硅原子不在晶格位置上，而处在晶格位置之间。
·杂质（非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体） 替位杂质C 填隙杂质D 注：·肖特基缺陷：空位缺陷； ·弗伦克尔（Frenkel ）缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格之间，形成的空穴和自填隙的组合；·填隙杂质在微电子工艺中是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的 变，但对半导体晶体的电学性质影响不大； ·替位杂质通常是在微电子工艺中有意掺入的杂质。
例如，硅晶体中掺入Ⅲ、Ⅴ族替位杂质， 目的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au 等，目的是在硅晶体中添加载流子复合中心， 缩短载流子寿命。
3.硅晶体缺陷——线缺陷·线缺陷最常见的就是位错。
位错附近，原子排列偏离了严格的周期性，相对位置发生了错 乱。
位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。
在交界处形成位错。
用滑移矢量表征滑移量大小和方向。
·位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体中插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直； 螺（旋）位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD 与滑移矢量平kT E v v e N n /0-=νkTE i i i e N n /0-=1 23 BA 缺陷附近共价键被压缩1、拉长2、悬挂3，存在应力·刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。
微电子工艺流程(PDF 44页)
20、电极多晶硅的淀积
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD ） 技 术在晶圆表面沉积多晶硅，以做为连接 导线的电极。
华中科技大学电子科学与技术系
21、电极掩膜的形成
• 涂布光刻胶在晶圆上，再利用光刻技术 将电极的区域定义出来。
华中科技大学电子科学与技术系
22、活性离子刻蚀
晶格排列。退火就是利
用热能来消除晶圆中晶
格缺陷和内应力，以恢
复晶格的完整性。同时
使注入的掺杂原子扩散
到硅原子的替代位置，
使掺杂元素产生电特
性。
华中科技大学电子科学与技术系
11、去除二氧化硅
• 利用湿法刻蚀方法去除晶圆表面的二氧化 硅。
华中科技大学电子科学与技术系
12、前置氧化
• 利用热氧化法在晶圆上形成一层薄的氧 化层，以减轻后续氮化硅沉积工艺所产 生的应力。
• 利用活性离子刻蚀技术刻蚀出多晶硅电 极结构，再将表面的光刻胶去除。
华中科技大学电子科学与技术系
23、热氧化
• 利用氧化技术，在晶圆表面形成一层氧 化层。
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24、NMOS源极和漏极形成
• 涂布光刻胶后，利用光刻技术形成NMOS源极与漏极 区域的屏蔽，再利用离子注入技术将砷元素注入源极 与漏极区域，而后将晶圆表面的光刻胶去除。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
华中科技大学电子科学与技术系
1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
微电子工艺的流程
微电子工艺的流程
1. 硅片制备：
从高纯度的多晶硅棒开始，通过切割、研磨和抛光等步骤制成具有一定直径和厚度的单晶硅片（晶圆）。
2. 氧化层生长：
在硅片表面生长一层二氧化硅作为绝缘材料，这通常通过热氧化工艺完成。
3. 光刻：
使用光刻机将设计好的电路图案转移到光刻胶上，通过曝光、显影等步骤形成掩模版上的图形。
4. 蚀刻：
对经过光刻处理的硅片进行干法或湿法蚀刻，去除未被光刻胶覆盖部分的硅或金属层，形成所需的结构。
5. 掺杂：
通过扩散或离子注入技术向硅片中添加特定元素以改变其电学性质，如N型或P型掺杂，形成PN结或晶体管的源极、漏极和栅极。
6. 薄膜沉积：
包括物理气相沉积（PVD，如溅射）和化学气相沉积（CVD），用于在硅片上沉积金属互连、导体、半导体或绝缘介质层。
7. 平坦化：
随着制作过程中的多次薄膜沉积，可能需要进行化学机械平坦化（CMP）处理，确保后续加工时各层间的均匀性。
8. 金属化与互联：
制作金属连线层来连接不同功能区，通常采用铝、铜或其他低电阻金属，并利用过孔实现多层布线之间的电气连接。
9. 封装测试：
完成所有芯片制造步骤后，对裸片进行切割、封装以及质量检测，包括电气性能测试、可靠性测试等。
微电子工艺的流程
微电子工艺的流程一、工艺步骤1. 材料准备：微电子工艺的第一步是准备好需要的材料，这些材料包括硅片、硼化硅、氧化铝、金属等。
其中，硅片是制造半导体芯片的基本材料，它具有优良的导电性和导热性能，而硼化硅和氧化铝则用于作为绝缘层和保护层。
金属材料则用于连接不同的电路元件。
2. 清洗：在进行下一步的工艺之前，需要对硅片进行清洗，以去除表面的杂质和污垢。
常用的清洗方法包括浸泡在溶剂中、超声波清洗等。
清洗后的硅片表面应平整光滑，以便后续的工艺步骤能够顺利进行。
3. 刻蚀：刻蚀是微电子工艺中的重要步骤，它用于在硅片表面上形成需要的电路图案。
刻蚀一般采用化学法或物理法，化学法包括湿法刻蚀和干法刻蚀，物理法包括离子束刻蚀、反应离子刻蚀等。
刻蚀后，硅片表面将形成不同深度和形状的电路结构。
4. 清洗：刻蚀后的硅片需要再次进行清洗，以去除刻蚀产生的残留物，并保证表面的平整度和清洁度。
清洗一般采用流动水冲洗、超声波清洗等方法。
5. 沉积：沉积是在硅片表面上沉积一层薄膜来形成电路元件或连接线的工艺步骤。
常用的沉积方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、离子束沉积等。
沉积后，硅片表面将形成具有特定性能和功能的导电膜或绝缘膜。
6. 光刻：光刻是将需要的电路图案投射在硅片表面上的工艺步骤。
光刻过程中，先在硅片表面涂上感光胶，然后利用光刻机将光阴影形成在感光胶上，最后用化学溶液溶解感光胶，形成需要的电路结构。
光刻过程需要高精度的设备和技术支持。
7. 离子注入：离子注入是将控制的离子注入硅片表面形成电子器件的重要工艺步骤。
通过控制注入的离子种类、注入能量和注入剂量，可以形成不同性能和功能的电子器件。
离子注入是微电子工艺中的关键技术之一。
8. 清洗和检测：在工艺步骤完成后，硅片需要再次进行清洗和检测，以确保电路结构和性能符合要求。
清洗和检测一般采用高精度的设备和技术支持，包括扫描电子显微镜、原子力显微镜等。
二、工艺参数和设备微电子工艺需要严格控制各种工艺参数，包括温度、压力、流量、时间等。
微电子工艺基础氧化工艺
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VS
随着技术的不断进步，高温氧化工艺 的研究也在不断深入。目前，高温氧 化工艺的研究重点主要集中在提高氧 化速率、降低氧化温度、优化氧化膜 质量等方面。同时，高温氧化工艺的 应用也面临着一些挑战，例如如何实 现节能减排、如何提高生产效率等。
低功耗氧化工艺的研究与应用
低功耗氧化工艺是一种新型的微电子工艺技术，通过降低氧 化温度和功耗，可以实现更低功耗的微电子器件。随着物联 网、智能终端等领域的快速发展，低功耗氧化工艺的应用前 景越来越广阔。
提高生活品质
微电子工艺的应用提高了人们的生活品质，如智能 手机的普及、医疗设备的数字化等。
微电子工艺的历史与发展
80%
历史回顾
微电子工艺的发展可以追溯到20 世纪50年代，随着晶体管的发明 和集成电路的诞生，微电子工艺 逐渐成熟。
100%
技术进步
随着材料科学、制程技术、封装 测试等领域的进步，微电子工艺 不断取得突破，实现更高性能、 更低成本的集成电路。
恒温氧化和变温氧化
根据氧化温度是否变化，可以将氧化工艺分为恒温氧化和变温氧化。恒温氧化是在恒定的温度下进行，而变温氧 化则是在变化的温度下进行。
03
微电子工艺氧化工艺流程
氧化前的准备
表面清洗
去除芯片表面杂质，如有机物、金属离子等， 确保表面洁净度。
干燥
确保芯片表面无水分，以免影响氧化层的形成。
预热
目前，低功耗氧化工艺的研究主要集中在优化氧化条件、提 高氧化膜质量、降低功耗等方面。同时，低功耗氧化工艺的 应用也需要解决一些技术难题，例如如何实现大面积均匀氧 化、如何提高氧化膜的稳定性等。
微电子工艺复习重点
1.干法氧化，湿法氧化和水汽氧化三种方式的优缺点。
20XX级《微电子工艺》复习提纲一.衬底制备1.硅单晶的制备方法。
直拉法悬浮区熔法1.硅外延多晶与单晶生长条件。
任意特左淀积温度下，存在最大淀积率，超过最大淀积率生成多晶薄膜，低于最大淀积率，生成单晶外延层。
三.薄膜制备1 •氧化干法氧化：干燥纯净氧气湿法氧化：既有纯净水蒸汽有又纯净氧气水汽氧化：纯净水蒸汽速度均匀重复性结构掩蔽性干氧慢好致密好湿氧快较好中基本满足水汽最快差疏松差2.理解氧化厚度的表达式和曲线图。
二氧化硅生长的快慢由氧化剂在二氧化硅中的扩散速度以及与硅反应速度中较慢的一个因素决左；当氧化时间很长时，抛物线规律，当氧化时间很短时，线性规律。
3.温度、气体分压、晶向、掺杂情况对氧化速率的影响。
温度：指数关系，温度越髙，氧化速率越快。
气体分压：线性关系，氧化剂分压升高，氧化速率加快晶向：(111)面键密度大于(100)而，氧化速率髙：髙温忽略。
掺杂：掺杂浓度高的氧化速率快：4.理解采用「法热氧化和掺氯措施提高栅氧层质量这个工艺。
m寧二氧化硅特恂提高氧化质量。
干法氧化中掺氯使氧化速率可提高1%$%。
四s薄膜制备2•化学气相淀积CVD1.三种常用的化学气相淀积方式，在台阶覆盖能力，呈膜质量等各方而的优缺点。
常压化学气相淀积APCVD：操作简单淀积速率快，台阶覆盖性和均匀性差低压化学气相淀积LPCVD：台阶覆盖性和均匀性好，对反应式结构要求不高，速率相对低，工作温度相对高，有气缺现象PECVD：温度低，速率高，覆盖性和均匀性好，主要方式。
2.本征SiCh，磷硅玻璃PSG,硼磷硅玻璃BPSG的特性和在集成电路中的应用。
USG：台阶覆盖好，黏附性好，击穿电压高，均匀致密：介质层，掩模(扩散和注入)，钝化层，绝缘层。
PSG：台阶覆盖更好，吸湿性强，吸收碱性离子BPSG：吸湿性强，吸收碱性离子，金属互联层还有用(具体再查书)。
3.热生长SiO2和CVD淀积SiO?膜的区别。
微电子封装工艺流程
微电子封装工艺流程微电子封装工艺是指将微电子器件封装起来，以保护器件内部结构并方便与外部电路连接交互的工艺流程。
下面是一个简要的微电子封装工艺流程。
首先，需要准备好封装基板。
封装基板通常由高热传导性材料制成，例如陶瓷或金属，以确保器件在工作时能够迅速散热。
基板需要经过清洗和表面处理，以便后续工艺步骤的顺利进行。
接下来是芯片粘接。
将芯片粘接到基板上是封装过程中的重要一步。
通常采用粘合剂将芯片固定在基板上。
粘接剂需要具有良好的粘附力和导热性能，以确保芯片与基板之间能够有效传递热量。
接着是线缆连接。
线缆连接是将芯片内部的电连接到外部电路的关键步骤。
常用的线缆连接方式有焊接和微焊接。
焊接是通过加热导线和焊盘使其相互熔接，形成可靠的电连接。
微焊接则是采用微小尺寸的焊盘和导线进行连接，以满足封装器件的小尺寸要求。
紧接着是封装密封。
为了保护器件内部结构免受外部环境的侵蚀和损坏，需要对器件进行密封。
常用的密封方式有环氧树脂封装和金属封装。
环氧树脂封装将芯片包裹在保护层中，形成一个紧密的密封结构，以防止封装器件受到潮湿、灰尘等外部因素的影响。
金属封装则是利用金属外壳将芯片封装起来，提供更高的机械保护和散热性能。
最后是封装测试。
在封装完成后，需要对封装器件进行功能性测试和可靠性测试，以确保器件的性能和质量。
功能性测试包括电性能测试和信号测试，可靠性测试则是针对器件在不同环境和工作条件下的长期稳定性进行测试。
综上所述，微电子封装工艺流程包括准备封装基板、芯片粘接、线缆连接、封装密封和封装测试等步骤。
这些步骤都需要严格的操作和控制，以确保封装器件的质量和可靠性。
随着技术的不断进步，微电子封装工艺也在不断演进，逐渐实现更小尺寸、更高性能和更可靠的封装方案。
2022《微电子工艺》复习提纲v1
2022《微电子工艺》复习提纲一、衬底制备1. 硅单晶两种制备方法及比较。
直拉法：该法是在直拉单晶氯内，向盛有熔硅坩锅中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按照籽晶的方向长大。
其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触，不受容器限制，因此晶体中应力小，同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。
区溶法：使圆柱形硅棒用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。
然后将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步移动，将其转换成单晶。
区熔法可用于制备单晶和提纯材料，还可得到均匀的杂质分布。
这种技术可用干生产纯度很高的半导体、金属、合金、无机和有机化合物晶体。
2.硅的掺杂和导电特性：包括杂质种类、杂质能级和激活能。
掺杂剂可在拉制前一次性加入；也可在拉制过程中分批加入，持续不断地加入高纯度的多晶硅于融体中，使初始的掺杂浓度维持不变；均匀掺杂分布，可由高拉制速率和低旋转速率获得。
硅的p型杂质一般为硼B，n型杂质一般为磷P和砷As。
p型/n型杂质的能级在禁带中靠近价带顶和导带底，均为浅能级。
3. 硅单晶的晶向表示方法和硅的原子密度。
晶向—空间点阵中由结点连成的结点线和平行于结点线的方向。
实验中确定晶向：光图定向硅的原子密度为5.00x10^22/cm34. 硅单晶圆片的制作方法。
切：金刚石刀切晶锭成晶圆，沿（100）面或（111）面1/3的原料损耗磨：机械研磨，消除切割留下的划痕。
抛：抛光二、外延生长1. 外延的定义。
在一定条件下，通过一定方法获得所需原子，并使这些原子有规则地排列在衬底上；在排列时控制有关工艺条件，使排列的结果形成具有一定导电类型、一定电阻率、一定厚度。
2. 硅外延方法。
四氯化硅（SiCl4）氢气还原法。
硅外延层一般采用气相外延的方法制备。
3. 用Grovel模型分析四氯化硅氢气还原法外延制备硅的外延速率。
微电子工艺基础氧化工艺
杂质扩散
在氧化过程中，基底中的杂质可能会扩散到氧化层中，影响器件性能。为解决这一问题，可以采用高纯度的基底材料、优化氧化条件以及后处理技术等手段。
抑制杂质扩散
通过优化氧化条件，如降低温度、减小压力或采用脉冲氧化技术等，可以有效抑制杂质在氧化层中的扩散。同时，后处理技术如退火处理也可以进一步降低杂质含量。
定义与特点
特点
定义
03
提高集成度
在集成电路制造中，氧化工艺是关键步骤之一，可实现高密度集成和微型化。
01
保护作用
形成的氧化膜可以保护半导体材料免受环境中的有害物质和离子影响，提高器件的可靠性和稳定性。
02
控制电子特性
通过控制氧化层的厚度和性质，可以调节半导体器件的电子特性，如电阻、电容等。
氧化工艺的重要性
微电子工艺基础氧化工艺
目录
氧化工艺概述 氧化工艺的原理与技术 氧化工艺的应用领域 氧化工艺的挑战与解决方案 氧化工艺的发展趋势与未来展望
01
氧化工艺概述
氧化工艺是一种在半导体材料表面形成保护氧化膜的过程，以保护内部结构并控制电子特性。
氧化工艺具有简单、成熟、可靠性高的优点，同时可实现大规模生产。
详细描述
VS
传感器制造中，氧化工艺用于形成敏感膜和绝缘层，提高传感器的敏感度和稳定性。
详细描述
在传感器制造过程中，氧化工艺主要用于形成二氧化硅敏感膜和绝缘层。敏感膜可以响应外部环境的变化，如温度、湿度和压力等，并将其转化为电信号。绝缘层则用于隔离不同材料，保证传感器的正常工作。通过优化氧化条件，可以提高敏感膜的敏感度和稳定性，从而提高传感器的性能。
太阳能电池制造
04
氧化工艺的挑战与解决方案
氧化层质量
微电子工艺
微电子工艺引论ﻫ硅片、芯片的概念硅片:制造电子器件的基本半导体材料硅的圆形单晶薄片ﻫ芯片:由硅片生产的半导体产品*什么是微电子工艺技术?微电子工艺技术主要包括哪些技术？微电子工艺技术:在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术主要包括:超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术等集成电路制造涉及的五个大的制造阶段的内容硅片制备：将硅从沙中提炼并纯化、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭、将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片ﻫ芯片制造:硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，一整套集成电路永久刻蚀在硅片上ﻫ芯片测试／拣选:对单个芯片进行探测和电学测试,挑选出可接受和不可接受的芯片、为有缺陷的芯片做标记、通过测试的芯片将继续进行以后的步骤装配与封装:对硅片背面进行研磨以减少衬底的厚度、将一片厚的塑料膜贴在硅片背面、在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将硅片上的芯片分开、在装配厂,好的芯片被压焊或抽空形成装配包、将芯片密封在塑料或陶瓷壳内ﻫ终测：为确保芯片的功能,对每一个被封装的集成电路进行电学和环境特性参数的测试IC工艺前工序、IC工艺后工序、以及IC工艺辅助工序IC工艺前工序：(1)薄膜制备技术:主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发) 等（2)掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术ﻫ(３)图形转换技术:主要包括光刻、刻蚀等技术ﻫIＣ工艺后工序:划片、封装、测试、老化、筛选IC工艺辅助工序:超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术ﻫ光刻掩膜版制备技术材料准备技术ﻫ微芯片技术发展的主要趋势ﻫ提高芯片性能（速度、功耗)、提高芯片可靠性(低失效)、降低芯片成本(减小特征尺寸,增加硅片面积，制造规模)什么是关键尺寸(CＤ）?芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，特别是硅片上的最小特征尺寸，也称为关键尺寸或CD半导体材料ﻫ本征半导体和非本征半导体的区别是什么？本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体,其纯度在99.９99９９9%(８~10个９)ﻫ为何硅被选为最主要的半导体材料？ﻫa）硅的丰裕度——制造成本低b) 熔点高(１412 OＣ)——更宽的工艺限度和工作温度范围c) ＳiO2的天然生成GaAs相对Si的优点和缺点是什么？ﻫ优点:a) 比硅更高的电子迁移率，高频微波信号响应好——无线和高速数字通信b) 抗辐射能力强——军事和空间应用ﻫｃ) 电阻率大——器件隔离容易实现主要缺点：ａ) 没有稳定的起钝化保护作用的自然氧化层ﻫb) 晶体缺陷比硅高几个数量级ﻫc) 成本高圆片的制备ﻫ两种基本的单晶硅生长方法。
第十章 微电子工艺实验
颜色－ 颜色－厚度对照表
10.2 热扩散工艺
• 内容 ： 半导体集成电路中硼扩散的机理 、 内容： 半导体集成电路中硼扩散的机理、 方法和特性测量。 方法和特性测量。 • 要求 ： 熟悉硼扩散工艺中予淀积和再分布 要求： 的操作方法，掌握薄层电阻的测量方法。 的操作方法，掌握薄层电阻的测量方法。
tox + Atox = B(t + τ )
2
1 1 A = 2 D( + ) ks hg B= 2 DHPg N1
to 2 + At0 τ= B
B/A被称为线性速率系数；而B被称为抛物线 被称为线性速率系数； 被称为线性速率系数 被称为抛物线 速率系数
影响氧化速率的因素
1. 温度：氧化速率随温度升高而增大。 温度：氧化速率随温度升高而增大。 2. 气氛：掺氯气氛增加氧化速率。 气氛：掺氯气氛增加氧化速率。 3. 气压：氧化速率与氧化剂分压成正比。 气压：氧化速率与氧化剂分压成正比。 4. 硅衬底掺杂： 一般情况下硅中的掺杂会增加氧 硅衬底掺杂 ： 化速率。 化速率。 5. 硅片晶向 ： 硅原子密度大的晶面上氧化速率大 ， 硅片晶向： 硅原子密度大的晶面上氧化速率大， R(111)>R(110)>R(100)。 。
4 POCl3 + 3O2 → 2 P2O5 + 6Cl2 ↑
接着用硅取代磷， 接着用硅取代磷 ， 磷被释放出来后扩散进入 同时Cl 硅，同时Cl2被排出
2 P2O5 + 5Si → 4 P + 5SiO2
注意： 、在磷扩散时通入少量的氧气，是为了使源充分分解， 注意：1、在磷扩散时通入少量的氧气，是为了使源充分分解，否
Silicon dioxide (oxide)
微电子 工艺技术
微电子工艺技术微电子工艺技术是研发和制造微型电子元件和器件的一项专业技术。
随着科技的不断发展，微电子技术已经在许多领域广泛应用，比如计算机芯片、移动通信设备、汽车电子器件等。
本文将简要介绍微电子工艺技术的基本概念、主要工艺流程和应用前景。
微电子工艺技术是研发和制造电子元件的关键技术之一。
它通过利用微细加工和纳米技术，将材料在微米级别实现精确定位、加工、刻蚀和沉积，从而制造出各种微型电子器件和电子元件。
微电子工艺技术涉及的主要工艺包括晶片制造、化学蚀刻、光刻、薄膜沉积等等。
微电子工艺的主要流程包括准备硅片、晶片制造、光纳米制造技术和后期加工等。
首先，准备硅片是制造微电子元件的第一步。
硅片应用多晶硅或单晶硅制成，经过表面清洁和平整处理后，成为制造微电子元件的工作面。
然后，晶片制造是制造芯片的关键工艺。
晶片制造主要涉及的工艺包括掩膜光刻、离子注入、薄膜沉积、湿法刻蚀等等。
光纳米制造技术是微电子工艺的重要组成部分，它利用掩模和光刻技术制造出纳米级的微细结构。
最后，后期加工主要包括清洗、封装和测试等环节。
微电子工艺技术在现代科技中的应用广泛。
首先，计算机芯片是微电子技术的重要应用之一。
计算机芯片是计算机系统中心处理器的核心部分，它通过微电子工艺制造出大量的晶体管、集成电路和存储器等组件，从而实现计算和数据处理功能。
其次，移动通信设备也是微电子技术的重要应用领域。
随着移动通信技术的飞速发展，人们对手机、平板电脑、智能手表等个人移动设备的需求越来越高。
这些设备中的集成电路和芯片都依赖于微电子工艺技术制造。
此外，汽车电子器件也是微电子技术的重要应用领域。
随着汽车电子化程度的不断提高，人们对汽车的安全性、智能化和环保性能的要求越来越高，而这些功能都离不开微电子技术的支持。
总之，微电子工艺技术是研发和制造微型电子元件和器件的一项重要技术。
通过微电子工艺技术，我们可以制造出各种微型电子器件和电子元件，为计算机、移动通信设备、汽车电子器件等领域的发展提供了强有力的支持。
微电子工艺PPT课件
1874年，电报机、电话和无线电相继发明等早期电子仪器 亦造就了一项新兴的工业──电子业的诞生。
如今，渝德科技被中航集团收购，更名为中航微电子。我市已有西南集 成电路、中航微电子、奥特斯集成电路基板、台晶（重庆）电子、重庆石墨 烯科技公司、SK海力士、中电24所、四联微电子等集成电路生产和研发机构， 形成了设计-制造-封装的完备产业链，重庆大学和重庆邮电大学成立了半导 体学院培养集成电路人才。
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20
1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔 数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；
1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA 公司研制出MOS场效应晶体管。
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天， 95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，这是一个里程碑 式的发明； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了 14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；
1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基 于8088推出全球第一台PC
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本课程内容结构？
集成电路制造技术—原理与工艺
硅材料
集成电路工艺
集成和封装测试
第1单元
1 单晶硅结 构
2 硅锭及圆 片制备
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§ 2.2 无源元件
无源元件：传输电流，不能控制电流方向。
包括： •IC Resistor Structures
–Parasitic Resistor Structures •IC Capacitor Structures
–Parasitic Capacitance Structures
C Metal contact
E
B
n+ p
n+
p- substrate
双极集成电路技术：
采用二极管和双极晶体管——连同支撑元件电阻、电容、绝缘体
双极集成电路技术的优点：
高速、耐久性以及大的功率控制能力
双极集成电路技术的缺点：
功耗高
CMOS技术：
以MOS为基础、同时含有nMOS和pMOS的集成电路技术。
Metal contact Film type resistor
Film type resistor
n - Substrate
Parasitic Resistor
SiO2, dielectric material
Base Emitter
Collector
RBC RBB
REC
RCC
REB
n+ p-
RCB
集成电路:将多个电子元件集成在一块衬底上，完成 一定的电路或系统功能。
集成电路随着电子装备的小型化和高可靠性的要求 而发展起来的。
一、集成电路时代
集成电路
产业周期
元件数/芯片
无集成
1960年前
1
小规模（SSI） 20世纪60年代前期
2－50
中规模（MSI） 20世纪60年代—70年代前期 50－5000
Insulation layers
Recessed conductive layer
drain
Silicon substrate
Conductive layer
Silicon substrate
芯片供应商：制造芯片用于公开销售。 受控芯片生产商：制造芯片用于本公司产品。 无制造厂公司（fabless company）： 仅设计特殊芯片，交给芯片制造商生产。 代工厂(foundry):仅为其它公司生产芯片。
—— 课程内容 ——
第六章 淀积 第七章 金属化 第八章 光刻原理和技术 第九章 刻蚀 第十章 扩散和离子注入 第十一章 化学机械平坦化
第一章 概论
§ 1.1 半导体产业介绍
晶体管的发明（1947年） 集成电路的发明（1959年）
transconductance ＋
resistor
集成电路时代（1959－）
第二章 器件技术基础
§ 2.1 集成电路类型
一、按电路功能，主要分为： 1、数字逻辑电路——以门电路为基础的电路； 2、线性电路——以放大器为基础的电路； 3、还有微波集成电路和光集成电路等。 上述各类集成电路中，制造工序各异，但其基本
的制造工艺是共同的。
二、按构成集成电路基础的晶体管分类 分为双极型集成电路和MOS型集成电路两大类。
0.13 0.1
0.07 0.05
300 300 450 450
Microprocessor Total Transistors in Millions
总晶体管数/芯片（单位：百万）
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012 Year
nMOSFET
VDD
G
S
D
D
G
S
VSS
n+
p+
p+
n+
n+
p+
p-well
n-type silicon substrate
Field oxide
第三章 硅和硅片制备
3.1 半导体级硅
（1）半导体级硅
硅常常以沙子或者石英等形式存在于地表及岩石中。
硅在地壳中含量约为 26% ，仅次于氧元素。
2020 256G
0.10 ~ 0.07 0.05 ~ .01
400
450
Wafer Fab and Technician
五、集成电路发展面临的问题
1、器件与工艺限制 如短沟道效应和对CD的控制
2、材料限制 硅材料较低的迁移率将是影响 IC 发展的一个重 要障碍。
3、电路限制 除了电路本身的限制外，还包括测试限制、 互 连限制、管脚数量限制、内部寄生耦合限制等。
Common IC Features
Line Width Contact Hole
Space
美国1992 ~ 2007 年半导体技术发展规划
1992 1995 1997 2001 2004 2007
比特/ 芯片 16M 64M 256M 1G 4G 16G
特征尺寸
（ μm）
晶片直径 （mm）
0.5 0.35 0.25 0.15 0.12 0.07
体积小 重量轻 功耗低 可靠性好
Inventors: Willian Schockley, Tohn Bardeen, Walter brattain
因此发明获得诺贝尔奖
Jack Kilby’s First Integrated Circuit
1959年德州仪器公司Jack Kilby发明
ULSI Chip
200 200 200 200 200 200 ~400 ~400 ~400 ~400
美国1997 ~ 2012 年半导体技术发展规划
1997 1999
比特/ 芯片
256M 1G
特征尺寸
（ μm）
晶片直径（mm）
0.25 200
0.18 300
2003 2006 2009 2012
4G 16G 64G 256G
微电子工艺
罗小蓉 主讲
电子科技大学 微电子与固体电子学院
课程任务
阐述半导体器件和半导体集成电路的制造工艺及 其基本原理的一门课程。本课程的目的是使学生对
微电子关键工艺技术及其原理有较为完整和系统的 概念，并具有初步工艺设计能力。
教材：
《半导体制造技术》英文原版，韩郑生 等译， 电子工业出版社，国外电子与通信教材系列。
场效应晶体管的是场控器件（双极晶体管是电流控 制），因而其最大优点低功耗。
BiCMOS技术：
将CMOS技术和双极技术的优良性能集中在同一集成电 路器件中。它具有CMOS结构的低功耗、高集成度和 TTL、ECL器件结构的高电流驱动能力。
Cross-section of CMOS Inverter
Interlayer pMOSFET Met
Average Power in micro Watts (10-6 W)
8
6
4
2
0 1997
1999
2001
2003 2006 Year
2009
2012
我国国防科工委对世界硅微电子技术发展的预测
集成度
特征尺寸
（ μm）
晶片直径 （mm）
2000 1G 0.18 300
2010 64G
3.
4.
Assembly and Packaging:
The wafer is cut
Scribe line
along scribe lines
to separate each die. A single die
Metal connections are made and the chip is encapsulated.
三、集成电路工艺技术的发展规律
Intel 公司创始人戈登.摩尔于1964 年总结出摩尔定律： IC 的集成度将每隔一年翻一番。 1975年被修改为： IC 的集成度将每隔一年半翻一番。
IC 发展的另一些规律为：
建立一个芯片厂的造价也是每隔一年半翻一番。 线条宽度每 4 ~ 6 年下降一半。
四、集成电路的发展展望
Assembly
5.
Packaging
Test/Sort includes
probing, testing and sorting of each die on
the wafer.
Defective die
Final Testensures IC
passes electrical and environmental testing.
参考教材
1、《集成电路工艺基础》，王阳元等编著，高等教育出版社。 2、《微电子制造科学原理与工程技术》，Stephen A. Campbell
著，国外电子与通信教材系列，电子工业出版社。 3、《集成电路制造技术—原理与实践》，庄同曾编，电子工业出
版社。
—— 课程内容 ——
学时：32学时
第一章 概论 第二章 器件技术基础 第三章 硅和硅片制备简述 第四章 集成电路制造工艺概括 第五章 氧化
1、双极型电路——以双极型平面晶体管为主要器件 晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路、高速发射极耦
合逻辑（ECL）电路、高速低功耗肖特基晶体管-晶体 管逻辑电路（SLTTL）及注入逻辑电路（I2L）等。
2、 MOS型电路——以MOS晶体管为主要器件 N 沟 道 MOS 电 路 （ NMOS）、P 沟 道 MOS 电 路
Top View of Wafer with Chips
A single integrated circuit, also known as a die, chip, and microchip
集成电路制造步骤：