微电子工艺基础
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*****
微电子制造的基本原理与工艺流程
微电子制造的基本原理与工艺流程一、微电子制造的定义微电子制造是指设计、加工和制造微电子器件和微电子系统的过程。
它是现代信息技术和通信技术的基础，也是现代工业制造的重要组成部分。
二、微电子制造的基本原理1. 半导体材料的特性半导体材料是微电子器件的基础材料，具有良好的导电性和隔离性。
在半导体中掺杂少量杂质或者改变其温度、光照等物理性质可以改变其导电性。
半导体器件就是利用这种变化制作的。
2. 器件结构的设计微电子器件的结构设计是制造的重要一环。
器件结构包括电极、栅、控制信号输入端等。
这些结构的设计要考虑各方面的因素，如器件应用场合、功率、尺寸等因素。
3. 制造工艺的选择制造工艺是微电子制造的基础，是将器件结构设计转化为实际产品的过程。
制造工艺包括硅片切割、形成电极和栅、掺杂和扩散、制造成品等多个环节。
三、微电子制造的工艺流程1. 半导体材料制备半导体材料是微电子制造的基础，其制备是微电子制造的第一步。
半导体材料制备的过程主要包括单晶生长、多晶生长、分子束外延、金属有机化学气相沉积等多种方法。
2. 硅片制备硅片是微电子制造的中间产品，它是各种微电子器件的基础。
硅片制备的过程包括硅棒制备、硅棒切割、圆片抛光等环节。
3. 电极和栅制造电极和栅是微电子器件的重要组成部分，制造电极和栅主要通过光刻和蚀刻技术实现。
光刻是一种通过光照形成光阻图形的技术，蚀刻是一种将光刻后形成的光阻图形转化为实际器件的技术。
4. 掺杂和扩散掺杂和扩散是将杂质引入半导体材料中，从而改变其电学性质的过程。
其中，掺杂是将杂质引入半导体中，扩散是将杂质在半导体中扩散开的过程。
这些过程可以通过化学气相沉积、物理气相沉积等方式实现。
5. 制造成品制造成品是微电子制造的最后一步。
成品制造包括器件组装和测试等环节。
器件组装是将各个器件按照要求组装在一起的过程，测试则是对器件进行性能测试的过程。
总之，微电子制造是一项复杂而精密的工艺，它采用了多种制造工艺和技术，涉及到多个环节。
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。
微电子制造工艺技术
微电子制造工艺技术微电子制造工艺技术是指用于制造微电子器件的一系列工艺技术，主要包括光刻、薄膜沉积、离子注入、蚀刻和扩散等步骤。
这些工艺技术在现代电子器件制造中起着至关重要的作用，直接影响着微电子器件的性能和可靠性。
首先，光刻是微电子制造中的关键步骤之一。
它通过使用光刻胶和光刻机等设备，在硅片表面上形成微细的图案。
光刻胶光敏剂的遮蔽能力和图案的精度决定了光刻的质量。
光刻的目标是将芯片上的微米级图案转移到硅片上，以创建集成电路的不同功能区域。
其次，薄膜沉积是微电子制造过程中不可或缺的步骤之一。
它通过在硅片表面上沉积各种材料薄膜，例如金属、氧化物和多晶硅等，来实现各种电子器件所需的结构和功能。
薄膜的质量和厚度均匀性对器件的性能和可靠性起着重要作用。
离子注入是一种常用的微电子制造工艺技术，它用于调节硅片的电学性能。
通过将离子注入硅片，可以改变硅片的电导率和掺杂浓度，从而实现不同类型的电子器件的制造。
离子注入的精度和均匀性是确保器件性能一致性的关键因素。
蚀刻技术在微电子制造中也起着重要作用。
它通过使用蚀刻液将不需要的材料从硅片上去除，以形成所需的结构和图案。
蚀刻的选择性和精度对器件的性能和可靠性有着重要的影响。
最后，扩散是微电子制造中的一种关键工艺技术。
它通过在硅片表面扩散掺杂物，例如硼和磷等，来改变硅片的导电性能。
扩散的时间和温度控制非常重要，以确保所得到的电子器件具有一致的性能。
总结起来，微电子制造工艺技术是实现集成电路制造的基础。
它们的精度、均匀性和可重复性对微电子器件的性能和可靠性具有重要影响。
随着微电子技术的不断发展，对工艺技术的要求也越来越高。
因此，不断改进和创新微电子制造工艺技术，提高制造效率和器件性能，是当前微电子制造领域面临的重要挑战。
微电子科学与工程的基础原理与应用
微电子科学与工程的基础原理与应用微电子科学与工程是研究微小电子元器件及其应用的学科领域。
它涵盖了从半导体材料到集成电路，再到电子系统的各个方面。
本文将介绍微电子科学与工程的基础原理以及在各个领域的应用。
一、基础原理1.半导体物理半导体是微电子器件的基础材料，了解其物理性质对于理解微电子器件的工作原理至关重要。
在半导体物理中，我们会学习半导体的能带结构、载流子动力学以及PN结等基础概念。
2.半导体器件半导体器件是微电子技术的重要组成部分。
其中，最常见的包括二极管、晶体管和场效应管等。
我们将学习这些器件的结构、工作原理以及特性，并了解如何应用它们来实现电流的控制和放大。
3.集成电路集成电路是微电子技术的核心，将不同种类的电子器件集成在同一片半导体芯片上。
在学习集成电路的过程中，我们会了解封装工艺、设计流程以及各类集成电路的应用。
二、应用领域1.通信领域微电子技术在通信领域有着广泛的应用。
我们可以通过设计和制造集成电路来实现无线通信设备的功能，比如手机、无线路由器等。
此外，微电子技术还可用于光纤通信、卫星通信等各类通信系统中。
2.医疗领域微电子技术在医疗领域的应用也日益重要。
例如，通过微电子传感器可以实现生物体内各种参数的监测和测量，为医疗诊断提供便利。
此外，微电子技术还可用于医疗影像设备、假肢等医疗器械的开发与制造。
3.能源领域微电子技术在能源领域的应用主要包括太阳能、风能和储能技术等方面。
通过设计和制造高效的微电子器件，可以提高能源的转换效率和利用率，从而实现能源的可持续发展。
4.自动化领域微电子技术与自动化技术结合，可以实现诸如工业控制、智能交通以及智能家居等领域的自动化系统。
微电子器件的小尺寸和高集成度使得这些系统更加紧凑和高效。
结语微电子科学与工程是一门前沿且重要的学科，它正深刻影响着我们生活的各个方面。
通过对微电子科学与工程的学习，我们可以掌握其基础原理，并将其应用于通信、医疗、能源和自动化等领域，为社会的发展和进步做出贡献。
04微电子工艺基础外延工艺
1 微电子工艺基础
第4章 外延工艺 本章（ 学时）目标： 本章 （ 3 学时 ） 目标 ：
1、了解相图和固溶度的概念 、 2、了解外延技术的特点和应用 、 3、 3、掌握外延的分类 4、掌握气相外延的原理、步骤 、掌握气相外延的原理、 5、了解分子束外延的实现方式和优点 、
2 微电子工艺基础
硅重量百分比
1414
液相
Ge-Si相图 固相
938.3
硅原子百分比
6 微电子工艺基础
6
第4章 外延工艺 一、相图和固溶度的概念 3、固溶度
固溶度 在平衡态下， 在平衡态下，一种杂质可以溶在另一种材料的 最高浓度,或者说溶质固溶于溶剂内所形成的饱 最高浓度 或者说溶质固溶于溶剂内所形成的饱 和固溶体内溶质的浓度。 和固溶体内溶质的浓度。 杂质浓度通常用单位体积内的原子数来表示。 杂质浓度通常用单位体积内的原子数来表示。 例如硅中砷原子浓度3.5%相当于 相当于1.75X1021cm-3 例如硅中砷原子浓度 相当于
11 微电子工艺基础
11
第4章 外延工艺 二、外延工艺 1、概述
（2）外延特点： ）外延特点： 生成的晶体结构良好 掺入的杂质浓度易控制 可形成接近突变pn结的特点 可形成接近突变pn结的特点 pn
12 微电子工艺基础
12
第4章 外延工艺 二、外延工艺 1、概述
（3）外延分类： ）外延分类： ① 按工艺分类
2
第4章 外延工艺 一、相图和固溶度的概念 二、外延工艺
1、概述 2、硅的气相外延 3、掺杂 4、缺陷与检测 5、外延的应用
三、其它外延
3 微电子工艺基础
3
第4章 外延工艺 一、相图和固溶度的概念 1、定义
微电子器件的设计与工艺技术
微电子器件的设计与工艺技术微电子器件指的是已经制造好的微型电子元件，它们是我们现代电子技术不可或缺的组成部分。
微电子器件的种类繁多，设计与工艺技术水平的高低直接影响了整个电子行业的发展。
本文将从微电子器件的设计和制造工艺等角度，探讨微电子器件的设计与工艺技术。
一、微电子器件的分类微电子器件可以分为二极管、三极管、场效应管、集成电路等多种类型。
其中，集成电路是现代电子技术的重要代表，因其集成性强、功能多样而受到广泛应用。
在微电子器件的制造工艺中，集成电路也是占据主导地位的。
二、微电子器件的设计微电子器件的设计与制造技术紧密相关。
设计属于前期工作，设计好的电路才能够被制造出来。
现代电子电路的复杂性越来越高，实现一些特殊功能所需要的原件也越来越多。
因此，微电子器件的设计必须满足以下几个方面的要求：（1）功能性电路设计的首要目标是要满足电路所要实现的功能要求。
为了在实现特定功能时不影响电路的稳定性，微电子器件的设计需要考虑使用合适的器件、合理的芯片布局等等因素。
（2）稳定性设计好的微电子器件应该在长时间的使用过程中能够保持稳定性。
为此，需要设计出能够对外部环境变化产生较好的适应性的器件，并采用合适的芯片布局避免器件之间的相互影响。
（3）可靠性微电子器件应该有良好的可靠性，以尽量减少电路故障的可能性。
设计时需要考虑到电路的负载、放电等方面因素，以确保器件的可靠性。
（4）兼容性现代电子设备越来越能够相互兼容，因此微电子器件的设计也需要考虑到与其他器件的兼容，以达到更好的功能实现。
三、微电子器件的制造工艺微电子器件制造是一个非常复杂的工艺过程，其包括材料制备、器件的加工和装配等多个环节。
其中，材料制备是制造工艺的基础。
（1）材料制备微电子器件的材料一般采用半导体材料，在制造过程中需要严格控制材料的性质，以确保电路的稳定性和可靠性。
材料制备的关键在于半导体材料的质量、晶格结构和纯度等方面的控制。
（2）器件的加工和装配加工和装配是整个工艺流程最为重要的环节之一。
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
05微电子工艺基础氧化工艺
4.4 影响氧化速率的因素
1.
2.
温度：氧化速率随温度升高而增大。
气氛：掺氯气氛增加氧化速率。
3.
4.
气压：氧化速率与氧化剂分压成正比。
硅衬底掺杂：一般情况下硅中的掺杂会增加氧化速率。
5.
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)。
微电子工艺基础
2. A 与晶向有关，因为反应速率常数严重依赖
于硅表面的键密度。显然，（ 111 ）晶面的 键密度大于（100）晶面，所以（111）晶面
1 1 A 2 D( ) ks hg B 2 DHPg N1
上的氧化速率最大。
微电子工艺基础
掺杂的影响分析
硅中常见杂质如硼、磷，都倾向于使氧化速率增大。
参照教材图7.6，重点了解栅氧和场氧的厚度。 栅氧厚度： 场氧厚度： 150埃-500埃 3000埃-10000埃 （不到一个微米）
微电子工业基础
第5章 氧化工艺 一、旧事重提
5、二氧化硅膜的获得方法
参照教材 P47图4.6所示，获取二氧化硅膜的方法有： A：热氧化工艺（本课程重点） B：化学气相淀积工艺 C：溅射工艺 D：阳极氧化工艺
微电子工艺基础
硅（100）晶面干氧氧化速率与氧化层厚度的关系
微电子工艺基础
薄氧阶段的经验公式
dtox B tox / L1 tox / L2 C1e C2e dt 2tox A
其中：tox为氧化层厚度；L1和L2是特征距离，C1和C2是
比例常数。
微电子工艺基础
硅的氧化系数
微电子工业基础
第5章 氧化工艺 一、旧事重提
3、二氧化硅膜的用途
某工业大学微电子工艺基础掺杂技术
某工业大学微电子工艺基础掺杂技术引言微电子工艺是现代电子技术的基础，而掺杂技术在微电子工艺中起着至关重要的作用。
掺杂技术是指通过控制材料中杂质的添加来改变材料的电学性质。
掺杂技术在半导体器件制造过程中广泛应用，如晶体管、二极管等。
在某工业大学的微电子工艺基础课程中，学生将学习掺杂技术的原理、方法和应用。
本文将介绍某工业大学微电子工艺基础掺杂技术课程的主要内容和学习目标，以及掺杂技术的基本原理和常用方法。
此外，还将讨论掺杂技术在半导体器件制造中的应用，以及掺杂技术的未来发展方向。
课程内容和学习目标某工业大学微电子工艺基础掺杂技术课程旨在为学生提供掺杂技术的基本知识和实践技能。
课程内容包括：1.掺杂技术的概述：介绍掺杂技术的定义、历史背景和发展趋势。
2.掺杂技术的基本原理：讲解杂质对半导体材料电学性质的影响，包括杂质浓度、杂质类型和杂质分布。
3.掺杂技术的常用方法：详细说明掺杂技术中常用的方法，包括离子注入、扩散和气相掺杂等。
4.掺杂工艺的优化与控制：介绍掺杂工艺的优化和控制策略，包括掺杂剂选择、掺杂温度和时间的控制等。
5.掺杂技术的应用：探讨掺杂技术在半导体器件制造中的应用，如晶体管、二极管和太阳能电池等。
6.掺杂技术的未来发展：展望掺杂技术的未来发展方向，如新型掺杂方法的研究和应用等。
学习目标包括：•了解掺杂技术的基本概念和原理。
•掌握掺杂技术的常用方法和工艺优化技巧。
•理解掺杂技术在半导体器件制造中的应用。
•能够分析和解决掺杂技术相关问题。
•具备掺杂技术的实验操作和数据处理能力。
掺杂技术的基本原理和常用方法基本原理掺杂技术利用杂质原子在半导体晶格中的替代和插入来改变材料的电学性质。
杂质原子可以改变半导体材料的导电性质，使其具有不同的电子能带结构。
掺杂分为两类：n型掺杂和p型掺杂。
n型掺杂是向半导体材料中引入电子供体，增加自由电子浓度；p型掺杂是向半导体材料中引入空穴供体，增加空穴浓度。
常用方法1.离子注入：离子注入是一种常用的掺杂方法，它通过高能离子的轰击，将杂质原子注入半导体材料中。
微电子概论基础知识概览
微电子概论基础知识概览1、半导体（1）半导体的主要特点□在纯净的半导体材料中，电导率随温度的上升而指数增加□半导体中杂质的种类和数量决定着半导体的电导率，而且在参杂情况下，温度对电导率的影响较弱□在半导体中可以实现非均匀掺杂□光的辐射、高能电子等的注入可以影响半导体的电导率（2）半导体的掺杂□电子和空穴：可以自由移动的缺位成为空穴，在半导体中电子和空穴统称为载半导体是N型的；反之，半导体是P型的。
（3）半导体的电导率和电阻率□平局漂移速率：v= uE (u—迁移率)则用迁移率表示电导率为：N、P型：nqu；□电导率一方面取决于杂质浓度，另一方面取决于迁移率。
□迁移率：反映半导体中载流子导电能力的重要参数。
迁移率越大，半导体的电导率越高。
通常电子迁移率要高于空穴迁移率。
□影响迁移率的因素：（1）掺杂浓度：在低掺杂浓度的范围内，电子和空穴的迁移率基本与掺杂浓度无关，保持比较确定的迁移率数值。
在高掺杂浓度后，迁移率随掺杂浓度的增高而显著下降。
（2）温度：掺杂浓度较低时，迁移率随温度的升高大幅下降。
当掺杂浓度较高时，迁移率随温度的变化较平缓。
当掺杂浓度很高时，迁移率在较低的温度下随温度的上升而缓慢增高，而在较高的温度下迁移率随温浓度的上升而缓慢下降。
（高斜率下斜：大幅度下降、平：变化较平缓、抛物：先升高再下降缓慢ing）散射：载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，这种碰撞现象通常称为散射。
（4）半导体中的载流子□价带：能量最高的价电子所填充的带□导带：最低的没有被电子填充的能带□载流子的运动形式：●漂移：由电场作用而产生的沿电场方向的运动称为漂移运动。
●扩散：●产生：电子从价带跃迁到导带●复合：倒带中的电子和价带中的空穴相遇，电子可以从导带落入价带的这个空能级，称为复合□空穴和电子导电形成的实质：电子摆脱共价键而形成电子和空穴的过程，就是一个电子从价带到导带的量子跃迁过程。
微电子工艺基础掺杂技术
② 限定源扩散
解扩散方程：
N
2N
D
t
x 2
边界条件：
N t
x0 0
初始条件： Nx,0dx Q
0
Ns
t1
Ns’
t2
Ns”
t3
Nb
Xji xj2 xj3
X
微电子工业基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
（2）扩散方程的解
② 限定源扩散
N x,t
Q
x2
e 4Dt
Dt
限定源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。扩散过 程中杂质表面浓度变化很大，但杂质总量Q不变。
（1） 掺杂的目的 （P218）
A 在晶圆表面下的特定位置处形成PN结 （结合P218的图11.3-图11.5）； B 在晶圆表面下得到所需的掺杂浓度； （结合P219同型掺杂）
微电子工业基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
（2） 硅中的杂质类型
① 替位式杂质
主要是III和V族元素，具有电活性，在硅中有 较高的固溶度。多以替位方式扩散，扩散速率 慢，称为慢扩散杂质。
第9章 掺杂技术
一、扩散
N
2、杂质在硅中的扩散
Ns
（2）扩散方程的解 ① 恒定源扩散
nx,t Ns
2
e2 d
x / 2 Dt
N s erf c
x 2
Dt
Nb
erfc称为余误差函数，所以恒定源扩散杂质浓度服 从余误差分布。
t1
t2 t3
xj1 xj2 xj3
x
xj
2 erfc1
Nb Ns
Dt
微电子工业基础
微电子工艺基础封装技术
微电子工艺基础封装技术
一、引言
微电子技术是21世纪新兴的技术，它以半导体技术和微机技术为基础，以芯片封装、电路能力优化、软件设计、系统集成、测试技术、校准
技术、无线通信技术等应用技术为实现系统的技术手段，用来实现手机、
计算机、智能家居、汽车等众多领域的电子设备的发展及制造。
微电子封
装技术是微电子技术的基础与重要组成部分，也是微电子产品出厂前质量
检查与完善的重要手段。
本文着重介绍微电子封装技术，包括其基本原理、术语、分类、应用和实施过程等。
二、微电子封装技术的基本原理
微电子封装技术是将晶圆、芯片、元器件组合在一起，将原来的小型
数字电路重新包装，使其功能更加全面，外形更加紧凑，就是微电子封装
技术。
将电子元器件物理、电气封装在一起，形成由介质连接的板块，具
有较强的功能性、可调整性和可靠性，是构建高效能、高可靠性的微电子
系统的基本要素。
微电子封装的基本工艺包括：铆焊、封装、清洁和测试，这四个基本
步骤必须在一定的步骤中逐步完成，经过这些步骤，半导体器件可以被成
功封装到电路板中，以实现电路的功能，为其余的电子系统构建提供基础
支撑。
三、封装技术术语。
微电子工艺基础封装技术.共79页文档
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
微电子工艺基础封装技术. 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
微电子基础知识 最全
+
－
_
N
P
－ －
外电场
内电场
R
E
(1-24)
二、PN 结反向偏置 变厚
－ + + + + 内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反 向电流。 +
_ P－ ຫໍສະໝຸດ －N内电场 外电场
R
E
(1-25)
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
(1-3)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有 不同于其它物质的特点。例如： • 当受外界热和光的作用时，它的导电能
力明显变化。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使
它的导电能力明显改变。
(1-4)
1.1.2 本征半导体
一、本征半导体的结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。 但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
近似认为多子与杂质浓度相等。
(1-17)
§1.2 PN结及半导体二极管
2.1.1 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导 体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的 交界面处就形成了PN 结。
(1-18)
点接触型
触丝线 PN结
引线
外壳线
基片
面接触型
二极管的电路符号：
P
N
(1-26)
二、伏安特性
I
导通压降: 硅管0.6~0.7V, 锗管0.2~0.3V。
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
哈尔滨工业大学-微电子工艺基础绪论(王静)PPT(共64页)
1.为什么要学这门课？
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。
先修课程
半导体物理、固体物理学
参考文献
刘玉岭等编著，《微电子技术工程—材料、工艺与测试》 施敏等编著，《半导体制造工艺基础》
一 概述
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为什么要学这门课？
2.这门课的对象？
3.本课程的主要内容
4.第1章 绪论
第1章 绪论
本章（2学时）目标：
1、分立器件和集成电路的区别 2、平面工艺的特点
3、微电子工艺的特点 4、芯片制造的四个阶段
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
平面工艺是由Hoerni于1960年提出的。在这项技术中，整个半导体表面先形成 一层氧化层，再借助平板印刷技术，通过刻蚀去除部分氧化层，从而形成一个 窗口。
①合金结方法 A 接触加热：
集成电路是工业发展水平的标志。
第1章 绪论
一、微电子产业
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参考教材
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
ENIAC（埃尼阿克）
1946年诞生 第一台计算机 2.4x0.9x30.48 18000个电子管 占地170平方米 重30吨 耗电150千瓦 每秒执行5000次 加法或400次乘法 总投资48万美元
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第1章 绪 论
第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
1.1.2 集成电路(Intergrated Circuit)
混合集成电路是将不同的半导体集成电路和分 立电子元器件通过混合集成电路工艺和微细加 工的方法，将它们分别固化到同一基板（陶瓷 材料、半导体材料等）上，用互联的方式将它 们集成为完整的有独立功能的电路和系统。
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
Common IC Features
• 特征尺寸减小
Line Width Contact Hole
Space
1988 CD ( m) 1.0
1992 0.5
1995 0.35
1997 0.25
1999 0.18
2001 0.15
2014年11月5日2时32分
SIM2.0（移动酷卡）
25.2mm x 15.0 mm ARM7TDMI处理器（40MIPS） 64k SRAM 64M Flash 相当于1台486电脑
SIM2.0是具备基础驱动、 操作系统、文件管理、应 用程序开发等功能的、强 大的实时操作系统的智能 卡。
2000年 16G DRAM NEC/IBM J.S.Kilby获得诺贝 尔物理学奖 2001年 Intel NetBurst Pentium 4(1.7GHz主频) 2006年 Intel Pentium D双 核处理器
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
2002 0.13
2005 0.10
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
45nm节点被称为IC设计的分水岭， 在这一节点，半导体材料特性、光 刻技术已经接近极限
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
2000
1992 1987
1981
1975
1965
50 mm
100 mm
125 mm
显示屏
• Retina 显示屏
• 3.5 英寸（对角线）Multi-Touch
触控宽屏幕
• 960
× 640 像素分辨率，每英寸 326 像素 1 对比度（标准）
• 800:
• 16GB 或 32GB 闪存
• A4处理器
第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
A4处理器
• Apple A4的die尺寸为 7.3x7.3mm • 采用45nm工艺 • 面积53平方毫米 • Apple A4实际上不只 是一颗处理器，它采 用了PoP（Package on Package）堆叠封装 技术，内部包括处理 器核心和内存等配件 。
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第1章 绪 论 1958年 TI公司研制出世界上第一块 集成电路（12） TI
2014年11月5日2时32分
金属-氧化物-半导体场效应管 (MOSFET) b 1962年 TTL逻辑集成电路 Sylvania 1963年 中国第一块集成电路/N-MOS 集成电路 FairChild 1968年 CMOS集成电路 RCA 1969年 硅栅MOS工艺 Intel
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
微电子技术发展带来的变化
微电子技术的发展改变了人类社会生产和生活方式，甚至影响着世界经济 和政治的格局。
微电子技术已经广泛地应用于国民经济、国防建设、乃至家庭生活的各个 方面
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
1.1.2 集成电路(Intergrated Circuit)
集成电路包括半导体集成电路和混合集成电路
半导体集成电路是用半导体工艺技术将电子电 路的元件（电阻、电容、电感等）和器件（晶 体管、传感器等）在同一半导体材料下“不可 分割地”制造完成，并互联在一起，形成完整 的有独立功能的电路和系统。
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
降低功耗
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Average Power in micro Watts (10-6 W)
8
6
4
2
0
1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012
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Year
第1章 绪 论
Iphone 4 电力和电池
• 内置可充电式锂电池
• 通话时间：
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
1.1.4 集成电路的发展特点 小特征尺寸和大圆片技术 所谓特征尺寸(CD)是指器 件中最小线条宽度.对 MOS器件而言，通常指器 件栅电极所决定的沟通几 何长度，是一条工艺线中 能加工的最小尺寸，也是 设计中采用的最小设计尺 寸单位（设计规则），常 常作为技术水平的标志。
使用 3G 网络时长达 7 小时 使用 2G 网络时长达 14 小时 300 小时待机时间
• 互联网使用：
使用 3G 网络时长达 6 小时 使用 Wi-Fi 网络时长达 10 小时
• 视频播放：长达
本课程主要讲述半导体集成电路的工艺及技术
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第1章 绪 论
1.1.3 发展历程
2014年11月5日2时32分
1947年 世界上第一个点接触晶体管 Bell Lab. 标志着电子技术从电子管时代进入 到晶体管时代迈出了第一步。
1952年 关于IC的设想 “可以想象，随着晶体管和一般半 导体工业的发展，电子设备可以在 固体上实现，而不需要连线。这块 电路可以由绝缘，导体，整流放大 等材料层组成” 1954年 第一个硅晶体管 TI 1956年 中国第一个晶体管
A single integrated circuit, also known as a die, chip, and microchip
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
1.1.4 集成电路的发展特点 集成度不断提高: 集成电路的发展规律基本按照Moore定律，即 每隔三年，特征尺寸缩小30%,集成度（每个芯 片上集成的晶体管和元件的数目）提高4倍。 其中专用集成电路（ASIC）和存储器每1-2年 其集成度和性能均翻番。 Intel 4004 2300个晶体管 Intel P4 4200万个晶体管
第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
微电子技术
韩可 教三 735 hanke@
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
第1 章 绪 论 1.1 微电子技术的发展历史及前景 1.2 微电子产业链和微电子产品族 1.3 微电子技术学习要求
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.2 微电子产业链
Microprocessor Total Transistors in Millions
每个芯片上的元件 数(1997年预测)
1600 1400 1200 1000 800
600
400 200 1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012 Year 27
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1989年 1992年 1993年 1997年 /
Intel 80486处理器 256M DRAM IBM/Ximens Intel Pentium处理器 4Gb DRAM NEC Intel Pentium II
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
几个概念 • 晶圆(Wafer):又称硅片，晶片，它是制造 电子器件的基本半导体材料。 • 芯片：由晶圆生产的半导体产品，称为 微芯片或芯片
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1.1 微电子技术的概念
微电子（Microelectronics）技术是利用微细 加工技术，基于固体物理、器件物理和电子学 理论的方法，在半导体材料上实现微小型固体 电子器件和集成电路的一门技术。 其核心是半导体集成电路及核心技术。
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史
第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
• 摩尔定律：一块芯片上的晶体管数量18 个月翻一番
100M
500
Pentium Pentium Pro
10M
1M
80386
80486
25
100K
8086
804
.1
1975
1980
1985
Year
1990
1995
.01 2000
150 mm
200 mm
300 mm
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第1章 绪 论
2014年11月5日2时32分
1.1 微电子技术的发展历史