01基础绪论——【微电子工艺学】
微电子工艺概述
一、微电子技术发展历史
一、微电子技术发展历史
1982 沟槽隔离， Rung，隔离 CMOS（取代其它的绝缘技 术） 1989 化学机械抛光， Davari，各层介电层全面平坦化 （的关键） 1993 铜布线，铝在大电流下有严重的电迁移现象 1999年的 0.18微米工艺、2001年的0.13微米、2003年 的90纳米（0.09微米），2005年的65纳米（0.065微米） 1960´s的25mm(1 英寸）， 1970´s的51mm(2英寸）， 1980´s的100mm(4英寸）， 1990´s的200 mm(8英寸），2000的 300mm(12英寸），现在400mm (16英寸)
微电子技术的 三个发展方向
微电子技术的三个发展方向
21世纪硅微电子技术的三个主要发展方向
特征尺寸继续等比例缩小 集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) 微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业 和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等
微电子器件的特征尺寸继续缩小 第一个关键技术层次：微细加工
工艺流程--前工序
⑺硼再分布（再分布/二次氧化/金扩散。再分布：控制 结深与表面浓度；金扩散:减少集电区少子寿命，缩 短开关管底存储时间，提高开关速度。）→ ⑻刻发射区/二次光刻（刻出发射区窗口）→ ⑼磷预淀积（形成发射区：β =30-40，BVceo>8V, BVcbo≈7V。）→ ⑽磷再分布（再分布/三次氧化；再分布：达到设计要 求，如β =50-60；三次氧化：光刻引线孔的掩蔽膜， 200-300nm。）→
PN结隔离双极型集成电路制造 工艺
工艺流程
⑴衬底制备（ρ =8-13Ω · cm，P型,（111）晶面，300 400μ m）→ ⑵埋层氧化（埋层扩散的掩蔽膜，1-1.5μ m；埋层作用 降低集电极串联电阻）→ ⑶埋层光刻（刻埋层扩散区窗口）→ ⑷埋层扩散（N+,R□≤20Ω /□）→ ⑸外延（N型Si，ρ =0.3-0.5Ω · cm，8-10μ m）→ ⑹隔离氧化（隔离扩散的掩蔽膜，0.6-1μ m）→
微电子学概论PPT课件
的特点
集成电路的分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路的分类
器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域
器件结构类型分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
微电子学发展情况
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
世界GDP和一些主要产业的发展情况
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
1947年12月13日 晶体管发明 1958年 的一块集成电路 1962年 CMOS技术 1967年 非挥发存储器 1968年 单晶体管DRAM 1971年 Intel公司微处理器
摩尔定律
导论 晶体管的
发明 集成电路
发展历史 集成电路
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电 子学发展的方向
微电子学的渗透性极强
它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的 交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯 片等
作业
微电子学？
导论 晶体管的
微电子学核心？
发明 微电子学主要研究领域？
集成电路 发展历史
微电子学特点？
集成电路 集成电路？
的分类
例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
第1章微电子工艺概述1
≥0.1μm
每立方米（m3）中微粒的最大允许数 ≥0.2μm ≥0.3μm ≥0.5μm ≥1μm
≥5μm
10
2
100
26
10
4
1000
265
106
35
8
10,000
2650
1060
353
83
100,000
26,500 10,600
集
成 电
路
组合逻辑电路
数字电路 时序逻辑电路
按 功 能 分 类
线性电路
模拟电路
非线性电路 7
类别
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC
00
100～1000
100～500
1000～100000
500～2000
100000～10000000
>2000
第一章 概述
一、集成电路的发展历程 集成电路的由来 摩尔定律之路
二、集成电路的分类 按器件导电类型分类 按器件功能分类
三、集成电路工艺基础 集成电路的材料 集成电路工艺基础
四、集成电路的生产环境
1
集成电路
集成电路，就是在一块半导体单晶片上，通过一系列 特定的加工工艺，制作出许多晶体管、二极管等有源器件和 电阻、电容等无源器件，并按照一定的电路互连关系“组 装”起来，封装在一个外壳内，执行特定的电路或系统功 能。这种新型电子器件在体积、重量、耗电、寿命、可靠性 和电性能等方面均优于传统的半导体分立元件电路。
3530
832
29
1,000,000 265,000 106,000
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。
1、2014年全球半导体市场规模达到3331亿美元，同比增长9%，为近四年增速之最。 2、从产业链结构看。制造业、IC设计业、封装和测试业分别占全球半导体产业整体营业收入 的50%、27%、和23%。 3、从产品结构看。模拟芯片、处理器芯片、逻辑芯片和存储芯片2014年销售额分别442.1 亿美元、622.1亿美元、859.3亿美元和786.1亿美元，分别占全球集成电路市场份额的 16.1%、22.6%、32.6%和28.6%。
集成电 路应用
.
5
半导体产业结构
.
6
我国集成电路产业在世界中的地位
1、中国目前进口第一多的商品不是原油，是芯片，一 年进口2500亿美元。 2、我国集成电路产业处在世界的中下端，属于集成电 路消费大国、制造大国，粗放型、高投入、低利润。 3、缺少高端设计，设备主要被国外垄断。 4、集成电路产业是国家的命脉，走到了危险的边缘， 不能再继续落后下去。
2005年 65nm
2007年 45nm
2009年 32nm
2012年 22nm
2014年 14/16nm
Intel首款14nm处理器——第五代Core处理器问世（2015-1-6） 第五代Core处理器平台电晶体(Transistor)数量比第四代Core加35%，但尺寸却缩减37%; 此外，在3D图像处理性能、影片转码速度、电池续航力、整体性能等评比项目，第五代Core处理 器平台都较前一代产品分别提升22%、50%、40%以及1.5小时的表现。
微电子工艺原理与技术第1章引论
发展更先进的制造技术，如纳米压印、3D 打印等，以实现更高精度和更复杂的微纳 结构制造。
智能化与自动化
绿色制造与可持续发展
推动微电子工艺的智能化和自动化发展， 提高生产效率和产品质量。
注重微电子工艺的环保性和可持续性，减 少资源消耗和环境污染。
THANKS
感谢观看
旋涂法
将溶液、溶胶或悬浮液等 流体涂覆在基片表面，然 后通过旋转基片使流体均 匀分布，形成薄膜。
光刻技术
掩模制备
根据设计图案制作掩模， 通常采用铬版或石英版作 为掩模基材。
对准和曝光
将掩模与基片对准，然后 通过曝光将掩模上的图案 转移到基片表面的光刻胶 上。
显影和坚膜
通过显影去除曝光或未曝 光部分的光刻胶，然后进 行坚膜处理以提高光刻胶 的抗蚀性。
离子注入掺杂
将杂质元素以离子形式注入到基片内部，然后通过退火处理使杂 质元素在基片中均匀分布。
气相沉积掺杂
在气相沉积过程中引入杂质元素，使杂质元素与基片材料一起沉 积在基片表面。
04
微电子封装与测试技术
封装技术概述
封装定义
将微电子芯片与外部环境隔离，并提供电气连接和机械支撑的技 术。
封装目的
保护芯片免受外部环境影响，提供稳定的电气连接，以及实现芯片 间的互连。
微电子工艺概述
介绍了微电子工艺的基本概念、发展历程和主要应用领域。
微电子工艺基础
阐述了微电子工艺的基本原理，包括半导体物理、器件工 艺和集成电路设计等。
微电子工艺实践
介绍了微电子工艺的实际应用，包括晶圆制造、封装测试 和可靠性等。
对未来微电子工艺发展的展望
新材料与新器件
先进制造技术
探索新型半导体材料和器件结构，如二维 材料、生物电子器件等，以提高性能和降 低成本。
微电子工艺学课件_4
第四章加工环境与基片清洗4.1概述4.2 环境净化4.3 硅片清洗4.4 吸杂4.5 测量方法2局部光散射栅氧化层完整性≫≫ITRS Roadmap成品率每百分之一的提升都有巨大价值！Y randomY systematic Y total 起步阶段20％80％16％上升阶段80％90％72％成熟阶段90％95％86％影响成品率的因素：5!!!......................................¾e负二项模型聚集因子¾微粒金属离子化学物质细菌污染物静电缺陷从哪里来？缺陷：Life time killers1. ¾所有可以落在硅片表面的微小颗粒1 μm2 μm 30μm 100 μm烟尘尘埃指纹印人类毛发最关心颗粒尺寸：可在空气中长时间悬浮¾可移动离子污染物Fe, Cu, Ni,Fe, Cu, Ni,每10亿单位中金属杂质Sodium（Na）50 Potassium（K）50 Iron（Fe）50 Copper（Cu）60 Nickel （Ni）60 Aluminium（Al）60 Magnesium（Mg）60 Lead（Pb）60 Zinc（Zn）60某光刻胶去除剂金属杂质含量与氢原子发生电荷交换，和硅结合而被束缚在其表面。
硅片表面氧化时，进入氧化例write, read 漏放电的峰值电流静电荷在两物体间未经控制地传递，可能损坏芯片；电荷积累产生的电场会吸引带电颗粒或极化并吸引如何控制污染、降低缺陷密度？4.2ISO, FS209E洁净度等级对照19个/M3≥0.5umISO14644-1(1999)US209E(1992)US209D(1988)EECGGMP(1989)FRANCEAFNOR(1981)GERMANYVDI2083(1990)JAPANJAOA(1989)13.520210.0M135.33M1.5113100M23534M2.51024 1,000M33,5305M3.5100A+B4,00035 10,000M435,3006M4.51,0001,00046 100,000M5353,0007M5.510,000C400,00057 1,000,000M63,530,0008M6.5100,000D4,000,00068 10,000,000M7空气洁净大于或等于表中粒径的最大浓度限值(pc/m3)度等级(N)0.1um0.2um0.3um0.5um1um5um11022 （光刻、制版）100241043 （扩散、CVD）10002371023584 （封装、测试）1000023701020352835 （单晶制备）1000002370010200352083229 61000000237000102000352008320293 7352000832002930 8352000083200029300 9352000008320000293000空气初级过滤器鼓风机亚高效过滤器高效过滤器排放口收集口出风口洁净环境洁净室局部净化垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境洁净室（clean room）:泛指集成电路和其它微电子22231、屋顶：复杂的封闭式结构，有两种类型：a. 轧制铝支架加现场制作的静压箱／风道；b. 预制的整体式静压箱／风道加支架。
微电子工艺技术
微电子工艺技术引言微电子工艺技术是现代电子工程领域中的关键技术之一。
它主要涉及到在微米或纳米尺度范围内，对半导体材料进行加工和制备的技术方法。
微电子工艺技术的发展使得集成电路的制造变得更加精细化和复杂化，从而推动了电子设备的发展和智能化。
本文将介绍微电子工艺技术的基本原理、常用的工艺步骤以及最新的研究进展。
基本原理微电子工艺技术主要基于半导体材料的特性和物理原理进行设计和研究。
它通过在半导体表面上进行一系列加工步骤，形成电子元件和电路。
这些加工步骤包括：光刻、沉积、蚀刻、离子注入、热处理等。
光刻是微电子工艺中最关键的步骤之一。
它通过将光敏感的光刻胶涂覆在半导体表面上，然后通过光学投影曝光和显影的方式，将电路的图形转移到光刻胶上。
接着，通过蚀刻的方式，将暴露在光刻胶上的区域去除，以形成所需的电路图形。
沉积是指在半导体表面上进行材料层的沉积，主要是用于形成导电层、绝缘层和敏感层等。
常用的沉积方法包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和溅射沉积等。
蚀刻是指通过化学或物理的方式，使材料表面的部分区域被移除。
蚀刻可以用于去除不需要的材料，在半导体制造过程中起到精确控制电路形状和结构的作用。
离子注入是将离子注入到半导体材料中，改变其导电性质的过程。
离子注入可以形成导电层和控制器件的电性能。
热处理是通过高温处理，使材料发生结构和性能的改变。
热处理可以提高材料的晶格结构和电学性能，从而改善器件的性能。
工艺步骤微电子工艺技术涉及的步骤较为复杂，下面将介绍一般情况下的典型工艺步骤：1. 表面清洁表面清洁是微电子工艺中的第一步，它可以去除杂质、氧化物和有机物等对器件性能的影响。
常用的清洗方法包括浸泡清洗、超声波清洗和等离子体清洗等。
2. 沉积沉积是指在半导体表面上沉积材料层，形成所需的结构和功能。
常用的材料包括金属、绝缘层和敏感层等。
沉积方法根据要求的材料和性能不同，选择不同的方法，如化学气相沉积、物理气相沉积和溅射沉积等。
微电子工艺课件
直拉法生长单晶的特点
优点：所生长单晶的直径较大成本相对较低;
通过热场调整及晶转，埚转等工艺参数的优化，可较好 控制电阻率径向均匀性。
缺点：石英坩埚内壁被熔硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响， 易引入氧碳杂质，不易生长高电阻率单晶（含氧量通常 10-40ppm)。
二、悬浮区熔法（float-zone，FZ法）
利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿 锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次（多次区熔）使杂 质被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯。
一次区熔提纯与直拉法后的杂质浓度分布的比较（K=0.01） 单就一次提纯的效果而言，直拉法的去杂质效果好。
多次区熔提纯
硅片制备基本工艺步骤
晶体生长 整型 切片
拉晶过程
1. 熔硅 将坩埚内多晶料全部熔化 ；注意事项：熔硅时间不易长；
2. 引晶 将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤
晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击。当温度稳 定时，可将籽晶与熔体接触，籽晶向上拉，
控制温度使熔体在籽晶上结晶；
3. 收颈
指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶 细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶 内原有位错的延伸。颈一般要长于20mm。
单晶制备
一、直拉法（CZ法）
CZ 拉晶仪 1. 熔炉 石英坩埚：盛熔融硅液； 石墨基座：支撑石英坩埚；加热坩埚； 旋转装置：顺时针转； 加热装置：RF线圈； 2. 拉晶装置 籽晶夹持器：夹持籽晶（单晶）； 旋转提拉装置：逆时针； 3. 环境控制系统 气路供应系统 流量控制器 排气系统 4. 电子控制反馈系统
缺点: 单晶直径不及CZ法
掺杂分布
假设多晶硅棒上的杂质掺杂浓度为C0（质量浓度），d为硅
微电子工艺基础
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 。
29
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
25
第1章 绪 论
Top protective layer Metal layer Insulation layers
2014年11月5日2时32分
Conductive layer
drain
Recessed conductive layer
Silicon substrate
Silicon substrate
9
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。
微电子工艺学课件课本_6
1 µm
Thermally Grown Oxides
Deposited Oxides
Field Oxides
Backend Insulators Between Metal Layers STI Masking Oxides
¾ 可以方便地利用光刻和刻蚀 实现图形转移 ¾ 可以作为多数杂质掺杂的掩 蔽 （B, P, As, Sb） ¾ 优秀的绝缘性能 （ρ > 1016 Ωcm, Eg>9 eV） ¾ 很高的击穿电场（107 V/cm） ¾ 体电学性能稳定
15
根据氧化剂的不同，热氧化可分为：
优点 干氧氧化：高温下，干燥纯净的 氧气与硅反应生成二氧化硅 水汽氧化：高温下，高纯水产生 的蒸汽与硅反应生成二氧化硅 湿氧氧化：将氧气通入加热到 95°C 的高纯水，携带一定水蒸 汽的氧气与硅反应生成二氧化硅 结构致密、干燥、均匀性和重复 性好，掩蔽能力强，与光刻胶黏 附力好，也是一种理想的钝化膜 生长速度较快（水在二氧化硅中 的扩散系数和溶解度比氧要大）
New dielectrics ε ↑ to avoid tunneling (high K)
1.8-2.5
1.5-1.8
1.2-1.5
0.9-1.2
06-0.9 0.5-0.8 0.5-0.7
11
选择性掺杂的掩蔽 二氧化硅在微电子器件制造中的重要用途之一，就是作为 选择掺杂的掩蔽膜。选择性扩散和离子注入是根据某些杂质 （例如 B 、P）在二氧化硅中的扩散速度远小于在硅中的扩散 速度这一性质来实现的。通常采用热氧化生成。
硅的热氧化：硅与氧化剂在高温下经化学反 应生成二氧化硅的过程－ ¾ 干氧氧化（Dry oxidation)
电子行业微电子器件工艺学
电子行业微电子器件工艺学一、引言电子行业是一个充满发展机遇的领域，微电子器件是电子行业的核心组成部分之一。
微电子器件工艺学是研究微电子器件的制造过程和技术细节的学科。
本文将介绍微电子器件工艺学的基本概念、工艺流程和常见的微电子器件制造技术。
二、微电子器件工艺学基本概念微电子器件工艺学是一门涉及材料科学、物理学和工程学的学科，旨在研究如何制造微小尺寸的电子器件。
微电子器件通常包括晶体管、集成电路、光电子器件等。
微电子器件工艺学关注的主要内容包括材料选择、工艺流程、制造设备以及质量控制等方面。
三、微电子器件工艺流程1. 设计阶段在微电子器件的制造过程中，设计阶段是非常重要的一环。
在这个阶段，工程师根据需求和规格制定器件的结构设计和功能特点。
设计阶段的关键是确定器件的几何结构、材料选择和电路布局等。
2. 掩膜制作掩膜制作是微电子器件制造的关键步骤之一。
通过光刻或电子束曝光等技术，将设计好的掩膜图案转移到光刻胶或感光薄膜上。
这些图案将用于制造电路的导线、晶体管和其他元器件。
3. 材料准备微电子器件的制造需要使用多种材料，包括半导体材料、金属材料、绝缘材料等。
在材料准备阶段，工程师需要确保材料的纯度和质量符合要求。
此外，还需要进行材料处理和清洗，以确保材料表面的纯净度。
4. 制造工艺制造工艺是微电子器件制造的核心环节。
它包括多个步骤，如沉积、刻蚀、薄膜增长和离子注入等。
这些步骤的目的是在硅片上制造出器件的各个层次和结构。
制造工艺的关键是控制每个步骤的参数和条件，以确保设备制造出符合要求的器件。
5. 特征提取在微电子器件制造的过程中，还需要对器件进行特征提取。
这意味着通过测量和检测，确定器件各个层次的尺寸、形状和性能特征是否满足要求。
特征提取包括显微镜观察、探针测试和电学测试等。
6. 封装和测试在微电子器件制造的最后阶段，需要对器件进行封装和测试。
封装是将器件连接到引线和封装材料中，以便在实际应用中使用。
测试是通过电学测试和性能测试等手段，验证器件是否符合设计要求。
微电子工艺学课件_8
2离子注入优点掺杂浓度不受杂质源纯度的影响，工艺过程无污染注入晶片中的掺杂原子数精确可控（离子束电流＆注入时间）结深（入射离子能量）、杂质分布可控，突变型杂质分布、浅结非平衡过程，不受杂质固溶度限制，原则上对各种材料均可掺杂低温工艺，掩蔽膜选择余地大、易于实施化合物半导体掺杂垂直入射，横向扩散几乎不存在，有利于器件特征尺寸的缩小缺点会在晶体中引入晶格损伤产率低设备复杂，投资大VVIon sourceAnalyzing magnetPump Resolving aperatureAcceleratorFocusNeutral beam gateNeutral trapX & Y scan platesWaferFaraday cupQ0-30keV0-200keV8.2 离子注入系统离子注入系统：应具备合适的可调能量范围和束流强度，能满足多种离子的注入，有好的注入均匀性以及无污染等性能。
离子注入系统通常分为三部分：离子源、加速器和终端台。
5AsH 3 PH 3 BF 2in 15% H 2, all very toxicFor low E implant no acceleration1. 离子发生器：将含有注入杂质的化合物或单质元素，以气态、光微波射频一、离子源& 提供多大束流强度钨针引出极液态金属（LMIS）低熔点低蒸汽压67磁分析器如果D 大于离子束的宽度加出口狭缝的宽度，则两种质量的离子被分辨开。
当r 大而m 小时，分辨率最高。
⎣⎦m r 2R ~ 1mBF 32线性加速器例如，如果一个正电荷离子经过电势差加速管温度：室温四极透镜结构及场分布静电离子束扫描大束流机机械扫描2. 扫描系统：通常离子流截面较小（约在mm2 量级），且密度和能量分布不均匀。
因此，必须利用扫描方式，使离子流均匀地扫过晶片表面，以达到均匀注入的目的。
3. 靶室：实际的离子注入发生在靶室内，也称为终端舱室。
微电子工艺
微电子工艺微电子工艺引论硅片、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（3）图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术IC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、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术材料准备技术微芯片技术发展的主要趋势提高芯片性能（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）为何硅被选为最主要的半导体材料？a) 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？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c) 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b) 晶体缺陷比硅高几个数量级c) 成本高圆片的制备两种基本的单晶硅生长方法。
微电子工艺基础总结课
3、清洗策略（1） 颗粒去除
（2）有机残余物
（3）无机残余物
（4）氧化层的去除
（5）化学清洗方案： ① 热硫酸 ② 氧化添加剂
（6）RCA清洗方案： ① SC-1去除有机残余物，金属
（7）水冲洗
② SC-2去除碱金属离子，氢氧根
4、其它清洗方式：① 喷洒清洗
② 干法清洗（刻蚀液蒸汽）
11
一、半导体材料
1、*本征半导体：处于纯净的状态而不是掺杂了其他物质的半导体。
有两类本征半导体： 半导体元素 硅和锗 化合物材料 砷化镓和磷化镓
2、**掺杂半导体：（1）掺杂半导体的来源
（2）掺杂半导体和金属导电的区别 （3）载流子的迁移率
3、***半导体材料： （1）硅和锗（两种重要的半导体）
分立器件：每个芯片只含有一个器件。
集成电路：每个芯片含有多个元件。
按集成成度分：
水平
缩写 单位芯片内的器件数
小规模集成电路 SSI 中规模集成电路 MSI 大规模集成电路 LSI 超大规模集成电路
特大规模集成电路
2－50 50－5000 5000－100000 VLSI 100000－1000000 ULSI ＞1000000
大批量、低成本 图形转移技术使之得以实现
高温
8
多数关键工艺是在高温下实现， 如：热氧化、扩散、退火
二、芯片制造/生产的几个阶段
固态器件的制造分为4个大的阶段（粗线 条）：
材料制备 晶体生长/晶圆准备 晶圆制造、芯片生成 （本课程侧重点） 封装
9
第一章作业题
1、描述分立器件和集成电路的区别 2、列举出几种pn结的形成方法并说出平面工
36
热氧化机制
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
微电子技术绪论PPT课件
光刻技术包括接触式、接近式、扫描式等几种方式，不 同的方式适用于不同的工艺要求和节点。
未来发展方向包括探索更先进的光刻技术和方法，以提 高分辨率、降低成本和提高可靠性。
04
微电子封装与测试
封装技术
芯片贴装技术
集成电路
集成电路的基本概念
集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在一块衬底上，实 现一定的电路或系统功能。
集成电路的制造工艺
集成电路的制造需要经过多个复杂工艺步骤，包括光刻、掺杂、刻 蚀和镀膜等，以确保电路性能的稳定性和可靠性。
集成电路的应用
集成电路被广泛应用于计算机、通信、消费电子和汽车电子等领域， 对现代科技的发展起着至关重要的作用。
晶体管
1 2 3
晶体管的基本结构
晶体管由三个电极（集电极、基极和发射极）构 成，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电 极和发射极之间的电流。
晶体管的类型
晶体管分为NPN和PNP两种类型，其工作电压和 电流大小各不相同，根据实际需求选择合适的晶 体管类型。
晶体管的应用
晶体管是构成各种电子电路的基本元件，广泛应 用于信号放大、开关控制和逻辑运算等领域。
系统集成创新
系统集成创新
随着微电子器件的集成度不断提高，系统集成创新成为了一个重要的研究方向。通过将不同的器件和电路集成在一个 芯片上，可以实现更复杂的功能和更高的性能。
3D集成技术
3D集成技术是指将多个芯片堆叠在一起，并通过垂直互联实现高速信号传输。这种技术可以显著提高芯片的集成度 和性能，同时降低能耗和成本。
掺杂技术分为非故意掺杂和故意掺杂两种，非故 意掺杂是指在制造过程中不可避免地引入杂质， 而故意掺杂则是为了实现特定的电路功能而人为 地引入杂质。
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年 最小特征尺寸 DRAM比特/芯片 DRAM芯片尺寸（mm2）
微处理器晶体管/芯片
最大布线层数 最小掩模板数目 最小工作电压（V）
硅技术的发展规划
1997 250nm
1999 180nm
2003 130nm
半导体产业介绍
• 概述
•
微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金管）问世，
50年代中期出现了硅平面工艺，此工艺不仅成为硅晶体管
的基本制造工艺，也使得将多个分立晶体管制造在同在一
硅片上的集成电路成为可能，随着制造工艺水平的不断成 熟， 使微电子从单只晶体管发展到今天的ULSI。
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 二、芯片制造的几个阶段
第1章 绪论
一、微电子产业
➢ 1、微电子产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***
8、光刻工艺（6学时， p129-p215 ）
9、掺杂技术（4学时， p216-p240 ）
10、封装技术（4学时，p334-p397 ）
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
1.为什么要学这门课？
2.这门课的对象？
interl petryn 45nm工艺处理器芯片图
interl 微处理器芯片
这门课的对象？
这门课的对象？
晶圆
这门课的对象？
这门课的对象？
://amuseum.cdstm /AMuseum/ic/index_01_03.html
芯片制作流程
沙子变黄金
芯片制作流程
N MOS
沟 场 效 应 晶 体 管
沟 场 效 应 晶 体 管
P MOS
半导体器件的发展过程
• 1874年，布朗（Braun）发现了（金属-半导体接触）检波二极管
• 1907年，朗德（Round）发明了发光二极管
• 1947年AT&T公司的巴丁（J．Bardeen）、布拉顿（W．H．Brattain）和肖 克莱（W．Shockley）做出了世界上第一个晶体三极管
微电子工艺基础
一 概述
1.为什么要学这门课？ 2.这门课的对主要对象？ 3.本课程的主要内容 4.第1章 绪论
://v.youku /v_show/id_XNjQ2MTQ4MDQ.html
1.为什么要学这门课？
• 微电子技术的发展不外乎包括两个方面：制造工艺和 电路设计,而这两个又是相辅相成,互相促进,共同发展 。 微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断 改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断 提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在 1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、 0.15微米、0.13微米、0.11微米、0.09微米一直发展到当 前的0.025微米。 只有真正理解了芯片的制作过程，你才能根据具体的 需要设计集成度高，功耗低，性能好的器件，从而推动 微电子技术的进一步发展。
第1章 绪论 一、微电子产业
1、微电子产业在国民经济中的作用
信息业、计算机业以及家电业得益于微电子产业的发展，特 别是集成电路的发展
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Байду номын сангаас
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***
2006 100nm
256M
1G
4G
16G
280
400
560
790
2009 70nm 64G 1120
2012 50nm 256G 1580
11M
21M
76M
200M 520M 1.4G
6 22 1.8-2.5
6-7 22-24 1.5-1.8
724 1.2-1.5
7-8 24-26 0.9-1.2
2、半导体材料、晶圆制备（3学时，p16-p44 ）
本
3、污染控制、芯片制造基本工艺（3学时，p45-p89 ）
课
程
4、外延工艺（3学时，p255-p259 ）
的
学
5、氧化工艺（4学时，p104-p128 ）
时
安 排
6、化学气相淀积（3学时，p241-p255和 p261-p265 ）
7、金属淀积（4学时， p266-p285 ）
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，集成电路最主要的特征参数的设计 规则从1959年以来40年间缩小了140倍。而平均晶体管价
://v格.ku降6 /低sh了ow1/D0u7K倍r7。WHKajC2J7uk.html
一 概述
11..为有什机么电要致学发这光门器课件？的发展 2.这门课的研究对象？ 3.本课程的主要内容 4.第1章 绪论
这门课的对象？
这门课的对象？
• interl 45nm晶圆
Interl petryn 45nm工艺处理器集成了4.1亿个晶体管
8-9
9
26-28 28
0.6-0.9 0.5-0.6
一 概述
1.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
本课程的主要内容
1. 微电子产品制作单项工艺的原理、方法及趋势 2. 集成电路相对于分立器件的特有技术 3. 典型产品的工艺流程
1、绪论、微电子工艺概况（2学时，p1-p15）