【正文】 集成電路制造技術 微電子工程系 何玉定 ? 早在 1830年，科學家已于實驗室展開對半導體的研究。 ? 1874年，電報機、電話和無線電相繼發(fā)明等早期電子儀器亦造就了一項新興的工業(yè) ── 電子業(yè)的誕生。 1 引言 基本器件的兩個發(fā)展階段 ? 分立元件階段（ 1905～ 1959） – 真空電子管、半導體晶體管 ? 集成電路階段（ 1959～） – SSI、 MSI、 LSI、 VLSI、 ULSI 集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產品向著 高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化 的方向發(fā)展。 什么是微電子工藝 ? 微電子工藝， 是指用半導體材料制作微電子產品的 方法 、 原理 、 技術 。 ? 不同產品的制作工藝不同，但可將制作工藝分解為多個基本相同的小單元（工序），稱為 單項工藝。 ? 不同產品的制作就是將單項工藝按需要順序排列組合來實現的。 微電子工業(yè)生產過程圖 前工序：微電子產品制造的特有工藝 后工序 npnSi雙極型晶體管芯片工藝流程 硅外延平面工藝舉例 舉例 n+ n p n+ e b c 2 微電子工藝發(fā)展歷程 ? 誕生 :1947年 12月在美國的貝爾實驗室，發(fā)明了半導體點接觸式晶體管，采用的關鍵工藝技術是合金法制作 pn結。 合金法 pn結示意圖 加熱、降溫 pn結 In Ge NGe The First Transistor from Bell Labs Photo courtesy of Lucent Technologies Bell Labs Innovations ? 1958年在美國的德州儀器公司和仙童公司各自研制出了集成電路，采用的工藝方法是 硅平面工藝 。 pn結 SiO2 Si 氧化 光刻 擴散摻雜 誕生 Jack Kilby’s First Integrated Circuit Photo courtesy of Texas Instruments, Inc. ?1959年 2月，德克薩斯儀器公司（ TI）工程師 集成電路發(fā)明專利； ?利用臺式法完成了用硅來實現晶體管、二極管、電阻和電容，并將其集成在一起的創(chuàng)舉。 ?臺式法 所有元件內部和外部都是靠細細的金屬導線焊接相連。 仙童（ Fairchild）半導體公司 ? 1959年 7月，諾依斯提出：可以用蒸發(fā)沉積金屬的方法代替熱焊接導線，這是解決元件相互連接的最好途徑。 ? 1966年，基爾比和諾依斯同時被富蘭克林學會授予巴蘭丁獎章，基爾比被譽為“ 第一塊集成電路的發(fā)明家 ” 而諾依斯被譽為 “ 提出了適合于工業(yè)生產的集成電路理論 ” 的人。 ? 1969年，法院最后的判決下達，也從法律上實際承認了集成電路是一項同時的發(fā)明。 ? 60年代的出現了外延技術，如： nSi/n+Si，nSi/pSi。一般雙極電路或晶體管制作在外延層上。 ? 70年代的離子注入技術，實現了淺結摻雜。IC的集成度提高得以實現。 ? 新工藝，新技術，不斷出現。（等離子技術的應用，電子束光刻，分子束外延，等等） 發(fā)展 張忠謀：臺灣半導體教父 ? 全球第一個集成電路標準加工廠（ Foundry）是1987年成立的臺灣積體電路公司，它的創(chuàng)始人張忠謀也被譽為“晶體芯片加工之父”。 張忠謀 戈登 摩爾提出 摩爾定律 ?英特爾公司的聯合創(chuàng)始人之一 戈登 摩爾 ?早在 1965年，摩爾就曾對集成電路的未來作出預測。 “ 摩爾定律 ” ： 集成電路上能被集成的晶體管數目，將會以每 18個月翻一番的速度穩(wěn)定增長。 集成電路的集成度每三年增長四倍，特征尺寸每三年縮小 倍 2 DROM集成度與工藝的進展 年代 1985年 1988年 1991年 1994年 1997年 2023年 集成度 1M 4M 16M 64M 256M 1G 最小 線寬 光刻 技術 光學曝光 準分子 電子束 電子束 X射線 （電子束） 摩爾定律：每隔 3年 IC集成度提高 4倍 ? 2023年 1月：英特爾奔騰 4處理器推出，它采用英特爾 制程技術生產，含有 5500萬個晶體管。 ? 2023年 8月 13日：英特爾透露了 90nm制程技術的若干技術突破，包括高性能、低功耗晶體管，應變硅，高速銅質接頭和新型低 k介質材料。這是業(yè)內首次在生產中采用應變硅。 ? 2023年 3月 12日：針對筆記本的英特爾 迅馳 移動技術平臺誕生，采用英特爾 ，包含 7700萬個晶體管。 ? 2023年 5月 26日：英特爾第一個主流雙核處理器“英特爾奔騰D處理器”誕生，含有 90nm制程技術生產。 ? 2023年 7月 18日：英特爾安騰 2雙核處理器發(fā)布，含有 晶體管 90nm制程技術生產。 ? 2023年 7月 27日：英特爾 酷睿 ? 2雙核處理器 ,含有 晶體管，采用英特爾 65nm制程技術。 ? 2023年 1月 8日： 65nm制程英特爾 酷睿 ? 2四核處理器和另外兩款四核服務器處理器。英特爾 酷睿 ? 2四核處理器含有 多個晶體管。 ? 2023年 1月 29日 ：英特爾酷睿 ? 2雙核、英特爾酷睿 ? 2四核處理器以及英特爾至強系列多核處理器的數以億計的 45nm晶體管或微小開關中用來構建 ? 電子產品發(fā)展趨勢：更小，更快，更冷 ? 現有的工藝將更成熟、完善；新技術不斷出現。當前，光刻工藝線寬已達 。由于量子尺寸效應，集成電路線寬的物理極限約為 微米，即 35納米。 ? 另外，硅片平整度也是影響工藝特征尺寸進一步小型化的重要因素。 ? 微電子業(yè)的發(fā)展面臨轉折。上世紀九十年代納電子技術出現，并越來越受到關注。 未來 ? 近 10年來 ， “ 輕晶圓廠 ” （ fablight）或 “ 無晶圓廠 ”（ fabless）模式的興起，而沒有芯片設計公司反過來成為 IDM（ Integrated Device Manufacturer） 。 ? 5年前英特爾做 45納米時，臺積電還停留在 90納米，中間隔了一個 65納米。但到 45納米，臺積電開始 “ 搶先半步 ” 。即遵循 “ 摩爾定律 ” 的英特爾的路線是 43 22納米，臺積電的路線則是 2 20納米 。 3 微電子工藝特點及用途 ? 超凈 環(huán)境、操作者、工藝三方面的超凈，如超凈室， ULSI在 100級超凈室制作，超凈臺達 10級。 ? 超純 指所用材料方面，如襯底材料、 功能性電子材料、水、氣等； Si、 Ge單晶純度達 11個 9。 ? 高技術含量 設備先進，技術先進。 ? 高精度 光刻圖形的最小線條尺寸在深亞微米量級，制備的介質薄膜厚度也在納米量級，而精度更在上述尺度之上。 ? 大批量，低成本 圖形轉移技術使之得以實現。 超凈環(huán)境 ? 21世紀硅微電子技術的三個主要發(fā)展方向 – 特征尺寸繼續(xù)等比例縮小 – 集成電路 (IC)將發(fā)展成為系統(tǒng)芯片 (SOC) SoC是一個通過 IP設計復用達到高生產率的軟/硬件協同設計過程 – 微電子技術與其它領域相結合將產生新的產業(yè)和新的學科 ，例如 MEMS、 DNA芯片等 其核心是將電子信息系統(tǒng)中的信息獲取、信息執(zhí)行與信息處理等主要功能集成在一個芯片上，而完成信息處理處理功能。 微電子技術的三個發(fā)展方向 互連技術 –銅互連已在 用；但是在 ，銅互連與低介電常數絕緣材料共同使用時的可靠性問題還有待研究開發(fā) 工藝課程學習主要應用 ? 制作微電子器件