硅集成电路制造工艺第0章绪论

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• SSI (小型集成电路)，晶体管数 10~100，门数<10 • MSI (中型集成电路)，晶体管数 100~1,000，10<门数<100 • LSI (大规模集成电路)，晶体管数 1,000~100,000，门数>100 • VLSVI L(超SI 大规模集成电路)，晶体管数 100,000~ 1,000,000 • ULSI (特大规模集成电路) ，晶体管数>1,000,000 • GSI(极大规模集成电路) ，晶体管数>109 ，Grand Scale
张忠谋
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戈登-摩尔提出摩尔定律
•英特尔公司的联合创始 人之一----戈登-摩尔 •早在1965年，摩尔就曾 对集成电路的未来作出预 测。 •“摩尔定律”： 集成电 路上能被集成的晶体管数 目，将会以每18个月翻一 番的速度稳定增长。
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简短回顾：一项基于科学的伟大发明
➢Bardeen, Brattain, Shockley, First Ge-based bipolar transistor invented 1947, Bell Labs. Nobel prize ➢Kilby (TI) & Noyce (Fairchild), Invention of integrated circuits 1959, Nobel prize ➢Atalla, First Si-based MOSFET invented 1960, Bell Labs. ➢Planar technology, Jean Hoerni, 1960, Fairchild ➢First CMOS circuit invented 1963, Fairchild ➢“Moore’s law” coined 1965, Fairchild ➢Dennard, scaling rule presented 1974, IBM ➢First Si technology roadmap published 1994, USA
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绪论
引言 集成电路制造工艺发展状况 集成电路工艺特点与用途 本课程内容
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1 引言
早在1830年，科学家已于实验室展开 对半导体的研究。
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。
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基本器件的两个发展阶段
分立元件阶段（1905～1959）
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(Fairchild Semi.)
Si IC
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仙童（Fairchild）半导体公司
1959年7月，诺依斯提出：可以用蒸发沉 积金属的方法代替热焊接导线，这是解 决元件相互连接的最好途径。
1966年，基尔比和诺依斯同时被富兰克 林学会授予巴兰丁奖章，基尔比被誉为 “第一块集成电路的发明家”而诺依斯 被誉为“提出了适合于工业生产的集成 电路理论”的人。
1969年，法院最后的判决下达，也从法 律上实际承认了集成电路是一项同时的 发明。
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J. Kilby－TI 2000诺贝尔物理奖
半导体Ge，Au线
R. Noyce－Fairchild 半导体Si，Al线
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发展
60年代的出现了外延技术，如：n-Si/n+-Si， n-Si/p-Si。一般双极电路或晶体管制作在外 延层上。
不同产品的制作工艺不同，但可将制作工 艺分解为多个基本相同的小单元（工序 ）——单项工艺。
不同产品的制作就是将单项工艺按需要顺 序排列组合来实现的——工艺集成。
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微电子工业生产过程图
前工序：微电子产 品制造的特有工艺
后工序
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npn-Si双极型晶体管芯片工艺流程 ----硅外延平面工艺举例
举例
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1958-1960: 氧化 p－n结隔离 Al的蒸发 ……
平面工艺发明人：Jean Hoerni －－ Fairchild
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氧化
扩散 光刻
掩蔽
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平面工艺基本光刻步骤
掩膜版 光刻胶
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应用平面工艺可以实现多个器件的集成
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Jack Kilby’s First Integrated Circuit
70年代的离子注入技术，实现了浅结掺杂。 IC的集成度提高得以实现。
新工艺，新技术，不断出现。（等离子技术 的应用，电子束光刻，分子束外延，等等）
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张忠谋：台湾半导体教父
全球第一个集成 电路标准加工厂 （Foundry）是 1987年成立的台 湾积体电路公司， 它的创始人张忠 谋也被誉为“晶 体芯片加工之 父”。
be
n+
n
n+
c
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2 集成电路制造工艺发展历程
诞生:1947年12月在美国的贝尔实验室，发明了 半导体点接触式晶体管，采用的关键工艺技术 是合金法制作pn结。
In
Ge
N-Ge
加热、 降温
pn结
合金法pn结示意图
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合金结晶体管
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1st point contact transistor in 1947 -- by Bell Lab J. Bardeen W. Brattain
•1959年2月，德克萨斯 仪器公司（TI）工程 师J.kilby申请第一个集 成电路发明专利；
•利用台式法完成了用硅来 实现晶体管、二极管、电 阻和电容，并将其集成在 一起的创举。 •台式法----所有元件内部 和外部都是靠细细的金属 导线焊接相连。
Photo courtesy of Texas Instruments, Inc.
W. Shockley
1956年诺贝尔物理奖
点接触晶体管：基片是N型锗，发射极和 集电极是两根金属丝。这两根金属丝尖端 很细，靠得很近地压在基片上。金属丝间 的距离：~50μm
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不足之处: 可靠性低、噪声大、放大率低等缺点
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诞生
1958年在美国的德州仪器公司和仙 童公司各自研制出了集成电路，采 用的工艺方法是硅平面工艺。
真空电子管、半导体晶体管
集成电路阶段（1959～）
SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI
集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模 集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产 品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能 化的方向发展。
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什么是集成电路制造工艺
集成电路工艺，是指用半导体材料制作集 成电路产品的方法、原理、技术。