半导体制造技术导论 Chapter 1导论
半导体制造技术导论 Chapter 1导论
简介 ·第一个晶体管，AT&T贝尔实验室，1947 图1.世界上第一个固态锗制成的晶体管 3
3 简介 • 第一个晶体管，AT&T贝尔实验室, 1947 图1.世界上第一个固态锗制成的晶体管
发展历史 ·第一个单晶锗，1950 ·第一个单晶硅，1952 ·第一个集成电路组件，德州仪器，1958 晶体管发明之后，它的巨大应用前景已经越来越明 显，下一个目标是如何把晶体管、导线及其他器件高 校连接起来
4 发展历史 • 第一个单晶锗, 1950 • 第一个单晶硅, 1952 • 第一个集成电路组件, 德州仪器, 1958 晶体管发明之后，它的巨大应用前景已经越来越明 显，下一个目标是如何把晶体管、导线及其他器件高 校连接起来
1960年，仙童摄影机公司在硅晶圆 上制出的第一个集成电路 照片提供：Fairchild Semiconductor International 5
5 1960年，仙童摄影机公司在硅晶圆 上制出的第一个集成电路 照片提供:Fairchild Semiconductor International
2、硅(S) 20世纪60年代初，硅很快代替锗，原因： 1)硅非常容易氧化成高品质的SO2绝缘层 2)硅禁带宽度比锗大，器件具有更大工作温度范围 3)硅元素在自然界中含量大，是廉价半导体原材料 Earth's Crust:Si:2.771 x 105 ppm;Ge:1.8 ppm
2、硅（Si） 20世纪60年代初，硅很快代替锗，原因： 1）硅非常容易氧化成高品质的SiO2绝缘层 2）硅禁带宽度比锗大，器件具有更大工作温度范围 3）硅元素在自然界中含量大，是廉价半导体原材料 Earth's Crust: Si: 2.771 x 105 ppm; Ge:1.8 ppm
半导体技术发展趋势 ·1、器件微缩：集成电路的最小特征尺寸以13%年 递减 ·2、成本降低：对于DRAM成本减少一半两年 ·3、速度加快：未来1兆/秒速率数据处理和数值计 算 ·4、能耗降低：1959年至今，单位逻辑门的能耗下 降超过100万倍
半导体技术发展趋势 • 1、器件微缩：集成电路的最小特征尺寸以13%/年 递减 • 2、成本降低：对于DRAM成本减少一半/两年 • 3、速度加快：未来1兆/秒速率数据处理和数值计 算 • 4、能耗降低：1959年至今，单位逻辑门的能耗下 降超过100万倍
C组件的限制 ·原子大小：数个埃(A) ·形成一个组件需要一些原子 ·一般最后的限制在100A或10nm ·大概30个硅原子 8
8 IC组件的限制 • 原子大小： 数个埃( Å) • 形成一个组件需要一些原子 • 一般最后的限制在100Å或 10nm • 大概30 个硅原子
基本工艺步骤 1、氧化 SO2的作用：器件结构中的绝缘体，扩散或离子注入的 阻挡层，p-n结中界定结的区域。 干氧氧化：可获良好SSO,界面，生长氧化物薄层 湿氧氧化：氧化剂是氧和水蒸气的混合物，氧化速率高 适合生长厚的氧化层 2、光刻和刻蚀 光刻：用于界定p-n结的几何形状。 晶片-涂胶-前烘-曝光-显影-清洗-后烘-刻蚀-去除光刻胶 刻蚀：使用氢氟酸(HF)作为刻蚀液去除没有被光刻胶 保护的Si02表面
1、氧化 SiO2的作用：器件结构中的绝缘体，扩散或离子注入的 阻挡层，p-n 结中界定结的区域。 干氧氧化：可获良好Si- SiO2界面，生长氧化物薄层 湿氧氧化：氧化剂是氧和水蒸气的混合物，氧化速率高 适合生长厚的氧化层 2、光刻和刻蚀 光刻：用于界定 p-n 结的几何形状。 晶片-涂胶-前烘-曝光-显影-清洗-后烘-刻蚀-去除光刻胶 刻蚀：使用氢氟酸（HF）作为刻蚀液去除没有被光刻胶 保护的SiO2表面 基本工艺步骤
3、扩散和离子注入 扩散：没有被二氧化硅保护的半导体表面暴 露在相反类型的高浓度杂质中，杂质利用 固态扩散的方式进入半导体晶格中。 离子注入：掺杂粒子加速到高能量，注入半 导体内部。 4、金属化（欧姆接触和互连线） 物理或化学气相淀积形成金属薄膜一光刻 工艺来界定正面的连接点一晶片背面金属 化工艺处理，只是不光刻一低温退火增进 金属层、半导体之间的低电阻接触
3、扩散和离子注入 扩散：没有被二氧化硅保护的半导体表面暴 露在相反类型的高浓度杂质中，杂质利用 固态扩散的方式进入半导体晶格中。 离子注入：掺杂粒子加速到高能量，注入半 导体内部。 4、金属化（欧姆接触和互连线） 物理或化学气相淀积形成金属薄膜—光刻 工艺来界定正面的连接点—晶片背面金属 化工艺处理，只是不光刻—低温退火增进 金属层、半导体之间的低电阻接触
Oxide Gate Source Drain n+ n+ 1.晶体制造 2.加热工艺 Body 3. 光刻 4.等离子体 1.工艺集成 5.离子注入 2.集成电路制造 6. 刻蚀 半导体制造技术 7.CVD与薄膜沉积 8.金属化
1.晶体制造 2.加热工艺 3.光刻 4.等离子体 5.离子注入 6.刻蚀 7.CVD与薄膜沉积 8.金属化 1.工艺集成 2.集成电路制造 半导体制造技术