【正文】 – 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(chǎn)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。 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。 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(chǎn)品的 方法 、 原理 、 技術 。 ? 不同產(chǎn)品的制作就是將單項工藝按需要順序排列組合來實現(xiàn)的。 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 。 ?臺式法 所有元件內(nèi)部和外部都是靠細細的金屬導線焊接相連。 ? 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(chǎn)的集成電路理論 ” 的人。 ? 60年代的出現(xiàn)了外延技術，如： nSi/n+Si，nSi/pSi。 ? 70年代的離子注入技術，實現(xiàn)了淺結摻雜。 ? 新工藝，新技術，不斷出現(xiàn)。 張忠謀 戈登 摩爾提出 摩爾定律 ?英特爾公司的聯(lián)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。 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(chǎn)，含有 5500萬個晶體管。這是業(yè)內(nèi)首次在生產(chǎn)中采用應變硅。迅馳 ? 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(chǎn)。 ? 2023年 7月 27日：英特爾 ? 2023年 1月 8日： 65nm制程英特爾 英特爾 ? 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(shù)以億計的 45nm晶體管或微小開關中用來構建 ? 電子產(chǎn)品發(fā)展趨勢：更小，更快，更冷 ? 現(xiàn)有的工藝將更成熟、完善；新技術不斷出現(xiàn)。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。 ? 微電子業(yè)的發(fā)展面臨轉折。 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） 。但到 45納米，臺積電開始 “ 搶先半步 ” 。 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。 ? 高技術含量 設備先進，技術先進。 ? 大批量，低成本 圖形轉移技術使之得以實現(xiàn)。 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(shù)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 ? 制作微電子器件和集成電路 ? 微機電系統(tǒng) (microelectromechanicol System MEMS)的所依托的微加工技術 ? 納米技術，如 光刻 — 圖形復制轉移工藝，MBE等 4 本課程內(nèi)容 ? 重點介紹單項工藝和其依托的科學原理。 第一單元 硅襯底 1 單晶硅結構 2 硅錠及圓片制備 3 外延 基本單項工藝 第二單元 氧化與摻雜 第三單元 薄膜制備 第四單元光刻技術 4 氧化 5 擴散 6 離子注 入 7 CVD 8 PVD 9 光刻 10 現(xiàn)代光刻技術 11 刻蝕 第五單元 工藝集成和測試封裝 12 金屬化與多層互連 13 工藝集成 14 測試封裝 課程 內(nèi)容 框架圖 教材與參考書 1. 王蔚 《 微電子制造技術 原理與工藝 》 科學出版社 2023 2. 關旭東 《 硅集成電路工藝基礎 》 北京大學出版 2023 3. Stephen A. C.《 微電子制造科學原理與工程技術 》 電子工業(yè)出版社， 2023 4. Michael Quirk， Julian Serda. 《 半導體制造技術 》 ，電子工業(yè)出版社 ,2023 5. 劉玉嶺等著 ,《 微電子技術工程 》 ，電子工業(yè)出版社， 2023 集成電路制造過程 設計 芯片檢測 單晶、外延材料 掩膜版 芯片制造過程 封裝 測試 系統(tǒng)需求 硅片與晶片（ chip） 集成電路 集成電路工藝 1. 襯底加工及清洗 2. 熱氧化 3. 圖形轉移 4. 摻雜：擴散、離子注入 5. 刻蝕 6. 薄膜工藝：外延、濺射、蒸發(fā) 7. 金屬化及多層布線 第一章：超大規(guī)模集成電路硅襯底加工技術 Crystal seed Molten polysilicon Heat shield Water jacket Single crystal silicon Quartz crucible Carbon heating element Crystal puller and rotation mechanism CZ Crystal Puller Figure Silicon Ingot Grown by CZ Method Photograph courtesy of Kayex Corp., 300 mm Si ingot Photo 單晶硅片 Crystal Growth Shaping Wafer Slicing Wafer Lapping and Edge Grind Etching Polishing Cleaning Inspection Packaging Basic Process Steps for Wafer Preparation Figure 硅單晶的加工成型技術 硅片加工：將硅單晶棒制作成硅片的過程 滾圓（ rounding）－ X射線定位（ x－ ray orientation）－切片（ slicing）－倒角（ edge contouring）－硅片研磨（ lapping）－清洗（ cleaning）－化學腐蝕（ etching）－熱處理（ heat treatment) 硅片加工的目的 提高硅單晶棒的使用率 制造硅片二個高平行度與平坦度的潔凈表 明 維持硅片表面結晶性能、化學性能與電特性等性質與其內(nèi)層材料一致，力圖避免