半导体材料和集成电路平面工艺基础(57页)

• MEMS、OEIC、MOMES • “生物芯片”
29
Kilby Texas Instrum. (TI) 1959 Feb. Ge mesa transistors Patent No. 3138743
出现
30
•
Noyce
Fairchild
1959 July
Si planar IC
2981877
新结构器件（应变硅、纳电子技术、高k介质。。。）
超纯环境和材料（半导体材料、介质材料、试剂）、新测 试和封装技术
单项技术（压印光刻技术等
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3）新领域： MEMS：多样化、小型化、与控制电路集成 纳电子：量子线/点微结构、集成化、工作温度 新材料电子器件：有机分子电路、自旋器件 光子晶体：短波长、局域生长、三维材料、
– 第一单元：热处理和局域掺杂技术
• 第二章：扩散掺杂技术(Ch3) • 第三章：热氧化技术(Ch4) • 第四章：离子注入技术(Ch5) • 第五章：快速热处理技术(Ch6)
– 第二单元：图形加工技术
• 第六章：图形转移技术（光刻技术）(Ch7~9) • 第七章：图形刻蚀技术(Ch10~)
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– 第三单元：薄膜技术
MEMS—— Micro-Electronic Mechanic System
微电子机械系统 OEIC——Optoelectronic Integrated Circuit
光电子集成系统 MOMES
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• 1）、微电子机械系统（MEMS）
– 微电子技术与精密机械技术相结合，将微型 传感器（力、热、光、电、磁、声）、微型 执行器（如：机械）、信号处理与控制电路、 接口电路、通信系统以及电源集成一体。
集成电路芯片？
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集成电路芯片？
Passivation lIaLyDe-r6
14
Bonding pad metal
M-4 13
M-3
ILD-5 ILD-4
12
M-2
11
ILD-3 ILD-2
M-1 10
Via
9
ILD-1
8 LI metal
Poly gate 5 LI oxide 3
n+ 2
p+
4
p+
一次氧化、一次光刻（基区光刻）、硼扩散（基区扩散）、基区再分布（二次氧化）
二次光刻（发射区光刻）、磷扩散（发射区扩散+三次氧化）、三次光刻（引线孔光 刻）、金属镀膜、反刻引线。
氧化台阶、套刻
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电阻：
电容： MOS PN Junction
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元器件的平面结构
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Vin
VDD
Ground
Vout
2
• References：(Processing)
1. The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, By Stephen A. Campbell, (Oxford, 2nd Edition, 2001)
2. Silicon VLSI Technology—Fundamentals, Practice and Modeling, By Lame D. Plummer et al, (Pearson Education, , 2000)
STI
n+
n+
6
p+
7
n-well
p-well
1
p- Epitaxial layer
8
p+ Silicon substrate
集成电路芯片？
9
集成电路芯片？
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• 第一章：IC平面工艺及发展概述
– 1、集成电路的基本单元（有源元件） 二极管：
• 按结构和工艺： 金/半接触二极管：肖特基二极管、（点接触二极管） 面结型二极管：合金结二极管、扩散结二极管、 生长结二极管、异质结二极管、等
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• 场效应晶体管：（P沟、N沟；增强型、耗尽型） MOS场效应晶体管（MOSFET）、 结型场效应晶体管（JFET）、 肖特基势垒场效应晶体管（SBFET）
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2、集成电路的分类： – 按功能：
数字集成电路、模拟集成电路、微波集成电路、 射频集成电路、其它；
– 按工艺：
半导体集成电路（双极型、MOS型、BiCMOS）、 薄/厚膜集成电路、混合集成电路
– 硅基材料、光学晶体、光学薄膜
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激光多普勒速度仪（LiNbO3）
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• 3）、DNA芯片*
– 基本思想是通过施加电场等措施，使一些特 殊的物质能够反映出某种基因的特性。
• 制作高密度的特定的探针阵列性芯片——进行基 因识别和分析
– “生物成分分析芯片” ——LoS（Lab on System）
3. Silicon Processing，By Stanley Wolf and Richard N. Tauber， （Lattice Press，2000）
4. ULSI Technology ， By G. Y. Chang and Simon. M. Sze ， （MiGraw Hill，1996）
平面 生长（异质）
• 几种晶体管的基本结构
台面
Schottky
合金 生长（异质） 平面1
平面2
MOS
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1）、简单的Bipolar IC 结构 隔离、基区、发射区、钨塞、集电区
1~10 m 300~500 m
介质膜 Al电极 SiO2膜 外延层 埋层 衬底
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2）、Si双极npn晶体管芯片的工艺流程
5. 半导体制造技术，Michael Quirk, Julian Serda （科学出版社，1999） Semiconductor Manufacturing Technology, (Prentice Hall, 2001)
6. 微电子技术工程—材料、工艺与测试，刘玉岭 等，（电子工 业出版社， 2004）
• 按功能和机理： 振荡、放大类：耿氏二极管、雪崩二极管、变容二极管、等 信号控制类：混频二极管、开关二极管、隧道开关二极管、 检波二极管、稳压二极管、阶跃二极管、等 光电类：发光二极管(LED)（半导体激光器）、 光电二极管（探测器）
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晶体管：
• 双极型晶体管：（NPN、PNP） 合金管、合金扩散管、台面管、外延台面管、 平面管、外延平面管等
1、衬底制备，2、外延生长，
3、一次氧化，4、一次光刻，
5、基区扩散，6、二次氧化，
7、二次光刻，8、发射区扩散， n+
E
B
9、三次氧化，10、三次光刻， p
11、金属镀膜，12、反刻金属膜 n
13、背面镀膜，14、合金化 n+
C
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一次光刻（基区）、二次光刻（发射区）、三次光刻（引线孔）、四次光刻（反刻引线） （负性光刻胶）
• 第八章：薄膜物理淀积技术(Ch12) • 第九章：薄膜化学汽相淀积（CVD）技术(Ch13) • 第十章：晶体外延生长技术(Ch14)
– 第四单元：集成技术简介
• 第十一章：基本技术(Ch15) • 第十二章：几种IC工艺流程(Ch16) • 第十三章：质量控制简介6Biblioteka 第一章：IC平面工艺及发展概述
实现途径：晶体管尺寸减小；芯片尺寸增大；
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Moore’s Low
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Moore’s Low
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41
World Semiconductor Trade System
From:
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器件（电路）设计
器 件
测试与验证
生
产
版图设计与制造
基
本
过
芯片制造
程
测试封装测试
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SoC—— System on Chip 芯片系统集成
&
BasicPrincipleofICPlanarPr ocessing
半导体材料 和
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• References：(Materials)
1. Silicon Processing，By Stanley Wolf and Richard N. Tauber， （Lattice Press，2000）; Ch1, Ch2
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DRAM
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– 3）IC的基本制造环节
• 晶片加工 • 外延生长
材料厂
• 介质膜生长
• 图形加工 • 局域掺杂
Foundry
• 金属合金
• 封装、测试
封装厂
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– 4、发展(历史和现状)
• 出现，IC、 LSI、 VLSI和ULSI，规律，特征尺寸，工业 化方式和SoC趋势
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• 主要教学内容：
• 第一篇(Overview &Materials)
• 第一章： IC平面工艺及发展概述
• 第二章：半导体材料的基本性质
• 第三章：Si单晶的生长与加工
• 第四章：几种化合物半导体的材料生长与加工
• 小结:
材料 器件
工艺
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• 第二篇(Unit Process)
• 第一章：IC制造中的超净和硅片清洁技术
Processing of Semiconductors, By Kenneth A. Jackson and Wolfgang Schröter, (Wiley-VCH, 1996); Ch1,Ch2
4. 半导体器件的材料物理学基础，陈治明 等，科技版，1999
5. 微电子技术工程—材料、工艺与测试，刘玉岭 等，（电子工 业出版社， 2004）
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