集成电路工艺概述课件.pptx

1、01哲学02经济学03法学04教育学05文学06历史学07理学0808工学工学09农学10医学11管理学0806 电气信息类080601电气工程及其自动化080602自动化080603电子信息工程080604通信工程080605计算机科学与技术080606电子科学与技术电子科学与技术080607生物医学工程分设十一个学科门类（无军事学），下设二级类71个，专业249种。专门研究电子科学理论及其应用技术的学科，其研究的主要内容是电子技术的核心理论制造电子元器件的材料、方法与工艺工艺电路设计理论与应用技术设计制造测试1.电子元器件分立器件和集成器件如何设计出满足应用系统要求的电子元器件2.电子材料

2、半导体材料、金属材料和非金属材料采用什么样的材料才能满足工程实际的需要3.分析与设计基本理论电子材料的基本物理和化学性质、元器件的基本工作原理等4.工程应用技术与方法提供了最直接的应用技术，是电子科学与技术理论研究和工程应用技术联系的纽带集成电路技术器件阶段集成电路设计技术是支持技术设计基础是器件系统实现技术是器件组成系统基本工具是器件分析系和系统仿真SoC阶段集成电路设计技术是基本应用技术设计基础是系统和电路系统实现技术是系统集成技术基本工具是系统和电路模型的仿真分析时间内容安排时间内容安排1课程概述2晶圆制备3氧化4物理气相淀积5化学气相淀积6化学机械抛光7期中复习8光刻作业一、二、三9刻

3、蚀10扩散11离子注入12工艺集成作业四、五13封装14期末复习15仿真实验一、二16仿真实验三、四基本工艺基本工艺制膜制膜氧化氧化4 4CVD4CVD4PVD4PVD4外延外延4 4平坦化平坦化4 4图形转移图形转移光刻光刻4 4刻蚀刻蚀4 4掺杂掺杂扩散扩散4 4离子注入离子注入4 4封测封测切片切片封装封装4 4测试测试老化老化筛选筛选工序集成CMOS工艺2双极工序2新技术实验软件环境2氧化2掺杂2综合2序号序号书名书名作者作者出版社出版社时间时间1 1半导体制造技术半导体制造技术【美美】Michael Michael QuirkQuirk电子工业电子工业200420042芯片制造半导体

4、工艺制程实用教程【美】Peter Van Zant电子工业20103硅集成电路工艺基础关旭东北京大学20034超大规模集成电路基础、设计、制造工艺【日】岩田 穆科学20075集成电路工艺和器件的计算机模拟IC TCAD技术概论阮刚复旦大学20076 6电子科学与技术导论电子科学与技术导论李哲英李哲英电子工业电子工业200620067集成电路芯片封装技术李可为电子20078现代集成电路制造工艺原理李惠军山东大学20079集成电路制程设计与工艺仿真刘睿强电子工业201110MOS集成电路结构与制造技术潘桂忠上海科学技术201011集成电路制造技术原理与工艺王蔚电子工业201012微系统封装原理与技

5、术邱碧秀电子工业200613图解半导体基础【日】水野文夫科学200720%平时成绩（考勤、作业、平时表现）20%实验成绩60%考试成绩（开卷）作业一1描述CZ拉单晶炉的工作原理。作业二2描述集成电路的制膜工艺原理。作业三3描述集成电路的图形转移工艺原理。作业四4描述集成电路的掺杂工艺原理。作业五5以反相器为例描述CMOS工艺流程。英文全称Integrated Circuit，缩写IC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（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。制造电子器件的基本半导体材料是

6、圆形单晶薄片，称为硅片或硅衬底。在硅片制造厂，由硅片生产的半导体产品，又被称为微芯片或芯片。2023-1-22172023-1-2218集成电路的内部电路集成电路的内部电路VddABOutA AB BOUTOUT0010101001102023-1-22192023-1-2220 50 m100 m头发丝粗细头发丝粗细 30 m1 m 1 m(晶体管的大小晶体管的大小)3050 m(皮肤细胞的大小皮肤细胞的大小)90年代生产的集成电路中晶体管大小与人年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较1906年，真空三极管，Lee Deforest

7、（电信号处理工业）1947年，ENIAC1947年12月23日，晶体管，John Bardeen，Walter Brattin，William Shockley（1956年诺贝尔物理奖），固态，分立器件（半导体工业）集成电路是由Kilby和Noyce两人于1959年分别发明，并共享集成电路的专利。？19692000年，Kilby被授予诺贝尔物理学奖（Noyce去世10年）杰克基尔比（Jack Kilby）德州仪器公司Texas Instruments锗锗,1959,2,1959,2“第一块集成电路的发明家”罗伯特诺伊思（Robert Noyce）仙童半导体公司Fairchild Semicon

8、ductor硅,1959,7,30,“提出了适合于工业生产的集成电路理论”2023-1-2223早期的许多先驱者开始在北加利福尼亚州，现在以硅谷著称的地区。1957年，在加利福尼亚州的帕罗阿托市（Palo Alto）的仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor）制造出第一个商用平面晶体管。它有一层铝互连材料，这种材料被淀积在硅片的最顶层以连接晶体管的不同部分。从硅上热氧化生长的一层自然氧化层被用于隔离铝导线。这些层的使用在半导体领域是一个重要发展，也是称其为平面技术的原因。2023-1-22242023-1-2225电路集成电路集成半导体产业周期半导体产业周期每个芯片元件数

9、每个芯片元件数分立元件1960年前1SSI20世纪60年代前期250MSI20世纪60年代到70年代前期205000LSI20世纪70年代前期到70年代后期5000100 000VLSI20世纪70年代后期到80年代后期100 0001 000 000ULSI20世纪90年代后期至今大于1 000 000提高芯片性能：速度（按比例缩小器件和使用新材料）关键尺寸（CD）芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸。硅片上的最小特征尺寸被称为关键尺寸或CD。技术节点每块芯片上的元件数摩尔定律功耗提高芯片可靠性浴盆曲线降低芯片成本2023-1-2226裸露的硅片到达硅片制造厂，然后经过各种清洗、成膜、光刻、刻

10、蚀和掺杂步骤，加工完的硅片具有永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。IDMfabless foundry半导体产业总是处于设备设计和制造技术的前沿。2023-1-2230硅片制造完成后，硅片被送到测试/拣选区，在那里进行单个芯片的探测和电学测试，然后拣选出可接受和不可接受的芯片，并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工艺。2023-1-2231把单个芯片包装在一个保护管壳内。DIP2023-1-2232为确保芯片的功能，要对每一个封装的集成电路进行测试，以满足制造商的电学和环境的特性参数要求。至此，集成电路制造完成。2023-1-2233扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域

11、。主要设备：高温扩散炉：1200左右，能完成氧化、扩散、淀积、退火以及合金等多种工艺流程。湿法清洗设备（辅助）硅片在放入高温炉之前必须进行彻底的清洗，以去除硅片表面的沾污以及自然氧化层。2023-1-2238光刻的本质是把（临时）电路图形复制到覆盖于硅片表面的光刻胶上。黄色荧光管照明主要设备步进光刻机（steper）涂胶/显影设备（coater/developer track）清洗装置和光刻胶剥离机？2023-1-2240刻蚀是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。一旦材料被错误刻蚀去掉，在刻蚀过程中所犯的错误将难以纠正，只能报废硅片，带来经济损失。主要设备：等离子体刻蚀机（湿法、干法）

12、等离子去胶机湿法清洗设备2023-1-2242离子注入机是亚微米工艺中常见的掺杂工具。主要设备：离子注入机等离子去胶机湿法清洗设备2023-1-2244主要负责生产各个步骤当中的介质层和金属层的淀积。薄膜生长中所采用的温度低于扩散区中设备的工作温度。主要设备（中低真空环境）CVDPVDSOG、RTP、湿法清洗设备化学机械平坦化（CMP）工艺的目的是使硅片表面平坦化。通过将硅片表面突出的部分减薄到下凹部分的高度来实现的。主要设备：抛光机刷片机（wafer scrubber）、清洗装置、测量装置2023-1-2248“晶体管之父”（1910-1989）1947，点接触晶体管；1950，面结型晶体管

13、肖克利实验室（1955-1968），圣克拉拉谷(硅谷)1956，诺贝尔物理奖1957，八判逆1958，斯坦福大学1963，斯坦福大学70年代，人种学和优生学？肖克利博士非凡的商业眼光，成就了硅谷；肖克利博士拙劣的企业才能，创造了硅谷。“天才与废物”硅谷的第一公民，硅谷第一弃儿。1955年，“晶体管之父”威廉肖克利，离开贝尔实验室创建肖克利实验室。他吸引了很多富有才华的年轻科学家加盟。但是很快，肖克利的管理方法和怪异行为引起员工的不满。其中八人决定一同辞职，他们是罗伯特诺依斯、戈登摩尔、朱利亚斯布兰克、尤金克莱尔、金赫尔尼、杰拉斯特、谢尔顿罗伯茨和维克多格里尼克。被肖克利称为“八叛逆”。八人接受

14、位于纽约的仙童摄影器材公司的资助，于1957年，创办了仙童半导体公司。乔布斯：“仙童半导体公司就象个成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”“硅谷人才摇篮”从左至右Gordon Moore,Sheldon Roberts,Eugene Kleiner,Robert Noyce,Victor Grinich,Julius Blank,Jean Hoerni Jay Last1968，INTEL杰里桑德斯（J.Sanders）AMD查尔斯斯波克（C.Sporck）NSC根据市调机构IC Insights调查统计，2011年全球半导体晶圆总月产能达13,617.8千片8寸约当

15、晶圆。其中台湾晶圆月产能达2,858.3千片8寸约当晶圆，占全球半导体总产能达21%，跃居第1大生产国；原本是全球最大晶圆生产国的日本，月产能达2,683.6千片8寸约当晶圆，市占率达19.7%，位居第2大生产国；韩国则以2,293.5千片8寸约当晶圆月产能，位居第3大生产国，市占率达16.8%；美国月产能达1,995.1千片8寸约当晶圆，市占率降至14.7%，是全球第4大生产国。台积电联电芯片制造半导体工艺制程实用教程1906，Lee Deforest，真空三极管，电信号处理工业（1947，ENIAC）1947.12.23，贝尔实验室的John bardeen，Walter Brattin和

16、William Shockley，晶体管晶体管二级管电容器电阻器分立器件1959，TI的Jack Kilby，锗，集成电路1959，Fairchild的Robert Noyce，硅，集成电路两者共享集成电路专利。工艺和结构摩尔定律特征图形尺寸CDChipWafer缺陷尺寸缺陷密度多层连线未来技术路线图工艺产品成本价格性能附加值最高的工业半导体和系统（或产品）三类芯片供应商IDMFoundryFabless1材料准备2晶体生长和晶圆准备3晶圆制造和分选4封装5终测PN结-晶体管双极型器件FET-MOS单极性器件贝尔实验室，1956扩散结1957氧化掩膜，硅50年代，黄金时期，工艺，材料，公司，价

17、格，60年代，成熟工业，塑封，IFET，CMOS70年代，投射光刻机，洁净间，离子注入机，步进光刻机，自动化80年代，全程自动化，1um90年代，铜，基本工艺和材料（黄金十年）双极型和单极型设备和材料的问题内部解决价格下降的趋势形成-新老公司交替高产量的工艺，低价格的芯片设备和材料的问题导致半导体特殊供应商形成塑料封装1963实验室小批量生产MSILSI，膜板引起的缺陷，接触式光刻机造成的晶圆损伤投射式光刻机，离子注 机，步进式光刻机，洁净间进一步发展，单一设备自动化（工艺和设备结合）生产线的大批量制造产量和利润市场的压力和工艺步骤的增多无人化和材料的自动运输（污染源）美国、欧洲统治地位，日本

18、崛起，四小龙（香港、台湾、新加坡、韩国）发展1微米成熟的工业-生产和市场控制成本铜连线CD极限180nm，45，32，22nm晶圆300mm，450mm低端技术新用途umnm每一次的加油，每一次的努力都是为了下一次更好的自己。23.1.2223.1.22Sunday,January 22,2023天生我材必有用，千金散尽还复来。16:10:0616:10:0616:101/22/2023 4:10:06 PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。23.1.2216:10:0616:10Jan-2322-Jan-23得道多助失道寡助，掌控人心方位上。16:10:0616:10:0616

19、:10Sunday,January 22,2023安全在于心细，事故出在麻痹。23.1.2223.1.2216:10:0616:10:06January 22,2023加强自身建设，增强个人的休养。2023年1月22日下午4时10分23.1.2223.1.22扩展市场，开发未来，实现现在。2023年1月22日星期日下午4时10分6秒16:10:0623.1.22做专业的企业，做专业的事情，让自己专业起来。2023年1月下午4时10分23.1.2216:10January 22,2023时间是人类发展的空间。2023年1月22日星期日16时10分6秒16:10:0622 January 2023科学，你是国力的灵魂；同时又是社会发展的标志。下午4时10分6秒下午4时10分16:10:0623.1.22每天都是美好的一天，新的一天开启。23.1.2223.1.2216:1016:10:0616:10:06Jan-23人生不是自发的自我发展，而是一长串机缘。事件和决定，这些机缘、事件和决定在它们实现的当时是取决于我们的意志的。2023年1月22日星期日16时10分6秒Sunday,January 22,2023感情上的亲密，发展友谊；钱财上的亲密，破坏友谊。23.1.222023年1月22日星期日16时10分6秒23.1.22谢谢大家！谢谢大家！