微电子工艺概述
微电子工艺流程
微电子工艺流程微电子工艺流程是指在微电子器件制造过程中所采用的一系列工艺步骤和技术手段，通过这些步骤和手段，可以将各种材料加工成微米甚至纳米级别的微电子器件。
微电子工艺流程是微电子制造中至关重要的一环，它直接影响着器件的性能、稳定性和可靠性。
本文将对微电子工艺流程进行详细介绍，包括工艺步骤、工艺技术和工艺设备等方面的内容。
微电子工艺流程主要包括晶圆制备、清洗、光刻、薄膜沉积、蚀刻、离子注入、扩散、退火、金属化、封装等工艺步骤。
首先是晶圆制备，这是整个微电子工艺流程的第一步，它的质量直接影响着后续工艺步骤的进行。
晶圆制备包括晶片生长、切割、抛光等步骤，最终得到平整、无瑕疵的硅晶圆。
接下来是清洗工艺，通过一系列的化学处理和超声清洗，去除晶圆表面的杂质和污染物，为后续工艺步骤的进行做好准备。
光刻工艺是微电子工艺流程中的关键步骤之一，它通过光刻胶、掩模和紫外光照射，将芯片上的图形图案转移到光刻胶上，然后进行蚀刻或沉积等步骤，形成所需的图形结构。
薄膜沉积工艺是指将各种材料以薄膜的形式沉积到晶圆表面，包括化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积等技术。
蚀刻工艺是指利用化学溶液或等离子体等手段，去除薄膜上不需要的部分，形成所需的结构。
离子注入工艺是通过加速器将离子注入到晶圆内部，改变晶体的导电性能或形成所需的掺杂区域。
扩散工艺是指将掺杂离子在晶体中进行扩散，形成所需的掺杂区域。
退火工艺是指在高温条件下对晶圆进行热处理，使其内部应力得到释放，晶体结构得到改善。
金属化工艺是将金属沉积到晶圆表面，形成导线、电极等结构。
最后是封装工艺，将晶圆切割成单个芯片，并封装在塑料封装或陶瓷封装中，形成最终的器件。
在微电子工艺流程中，还涉及到各种工艺技术和工艺设备。
例如，光刻技术包括近场光刻、多层光刻、深紫外光刻等技术；薄膜沉积设备包括化学气相沉积设备、溅射设备等；蚀刻技术包括湿法蚀刻、干法蚀刻等技术；离子注入设备包括离子注入机、离子束刻蚀机等。
微电子工艺概论1-5
1.硅作为电子材料的优点·原料充分，占地壳25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式；·硅晶体表面易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要； ·密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，用于航空、航天；·热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃ ，热导率高，1.50W/cm ·℃，芯片散热； ·单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，目前16英寸；·机械性能良好，MEMS 。
2.硅晶体缺陷——点缺陷·本征缺陷（晶体中原子由于热运动） 空位 A ：晶格硅原子位置上出现空缺；自填隙原子B ：硅原子不在晶格位置上，而处在晶格位置之间。
·杂质（非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体） 替位杂质C 填隙杂质D 注：·肖特基缺陷：空位缺陷； ·弗伦克尔（Frenkel ）缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格之间，形成的空穴和自填隙的组合；·填隙杂质在微电子工艺中是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的 变，但对半导体晶体的电学性质影响不大； ·替位杂质通常是在微电子工艺中有意掺入的杂质。
例如，硅晶体中掺入Ⅲ、Ⅴ族替位杂质， 目的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au 等，目的是在硅晶体中添加载流子复合中心， 缩短载流子寿命。
3.硅晶体缺陷——线缺陷·线缺陷最常见的就是位错。
位错附近，原子排列偏离了严格的周期性，相对位置发生了错 乱。
位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。
在交界处形成位错。
用滑移矢量表征滑移量大小和方向。
·位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体中插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直； 螺（旋）位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD 与滑移矢量平kT E v v e N n /0-=νkTE i i i e N n /0-=1 23 BA 缺陷附近共价键被压缩1、拉长2、悬挂3，存在应力·刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。
微电子制造工艺流程解析
微电子制造工艺流程解析微电子制造工艺流程是指通过一系列的加工步骤，将原材料转化为微小电子器件的过程。
在这个过程中，需要经过晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻、离子注入等关键步骤，以及其他一些辅助性的工艺步骤。
本文将对微电子制造工艺流程进行详细解析。
一、晶圆制备晶圆制备是微电子制造中的第一步，主要是通过硅材料生长来制备晶圆。
晶圆一般使用单晶硅材料，它具有良好的电性能和机械性能，适合作为微电子器件的基底。
在这一步骤中，需要对硅材料进行去杂、融化、再结晶、拉晶等加工过程，最终得到高质量的单晶硅晶圆。
二、薄膜沉积薄膜沉积是微电子制造中的重要步骤，通过在晶圆表面沉积薄膜来控制电子器件的性能和功能。
常用的薄膜沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等。
这些技术可以在晶圆表面沉积各种功能性薄膜，如硅氧化物、金属、半导体等。
三、光刻光刻是一种重要的微电子制造工艺，通过光照和显影的方式，在薄膜表面形成微细的图案。
这个图案将作为后续工艺步骤中蚀刻、离子注入等的参考依据。
光刻通常使用光刻胶来实现，根据需要选择合适的光源和掩膜，通过光刻曝光机进行精确的图案转移。
四、蚀刻蚀刻是一种去除不需要的材料的工艺步骤，通常将薄膜表面的某些区域通过化学或物理方式进行选择性地去除。
常见的蚀刻方式有湿蚀刻和干蚀刻两种。
湿蚀刻使用化学液体进行腐蚀，而干蚀刻则是利用等离子体来实现。
通过蚀刻，可以形成微细的结构，如通道、线路等。
五、离子注入离子注入是一种将外部离子引入器件材料中的工艺步骤。
通过加速器将离子加速到高速，并射入目标材料中，从而改变其电学或物理特性。
离子注入可以用于掺杂、形成pn结、获得特定的电子特性等。
具体的离子注入方式包括浸没注入、离子束注入等。
以上所述的晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻和离子注入等工艺步骤只是微电子制造流程中的一部分，整个流程还包括清洗、测试、封装、探针测试等其他步骤。
每个步骤都需要精细的设备和技术支持，以确保最终制造出的微电子器件具有稳定的性能和可靠的品质。
微电子制造的基本原理与工艺流程
微电子制造的基本原理与工艺流程一、微电子制造的定义微电子制造是指设计、加工和制造微电子器件和微电子系统的过程。
它是现代信息技术和通信技术的基础，也是现代工业制造的重要组成部分。
二、微电子制造的基本原理1. 半导体材料的特性半导体材料是微电子器件的基础材料，具有良好的导电性和隔离性。
在半导体中掺杂少量杂质或者改变其温度、光照等物理性质可以改变其导电性。
半导体器件就是利用这种变化制作的。
2. 器件结构的设计微电子器件的结构设计是制造的重要一环。
器件结构包括电极、栅、控制信号输入端等。
这些结构的设计要考虑各方面的因素，如器件应用场合、功率、尺寸等因素。
3. 制造工艺的选择制造工艺是微电子制造的基础，是将器件结构设计转化为实际产品的过程。
制造工艺包括硅片切割、形成电极和栅、掺杂和扩散、制造成品等多个环节。
三、微电子制造的工艺流程1. 半导体材料制备半导体材料是微电子制造的基础，其制备是微电子制造的第一步。
半导体材料制备的过程主要包括单晶生长、多晶生长、分子束外延、金属有机化学气相沉积等多种方法。
2. 硅片制备硅片是微电子制造的中间产品，它是各种微电子器件的基础。
硅片制备的过程包括硅棒制备、硅棒切割、圆片抛光等环节。
3. 电极和栅制造电极和栅是微电子器件的重要组成部分，制造电极和栅主要通过光刻和蚀刻技术实现。
光刻是一种通过光照形成光阻图形的技术，蚀刻是一种将光刻后形成的光阻图形转化为实际器件的技术。
4. 掺杂和扩散掺杂和扩散是将杂质引入半导体材料中，从而改变其电学性质的过程。
其中，掺杂是将杂质引入半导体中，扩散是将杂质在半导体中扩散开的过程。
这些过程可以通过化学气相沉积、物理气相沉积等方式实现。
5. 制造成品制造成品是微电子制造的最后一步。
成品制造包括器件组装和测试等环节。
器件组装是将各个器件按照要求组装在一起的过程，测试则是对器件进行性能测试的过程。
总之，微电子制造是一项复杂而精密的工艺，它采用了多种制造工艺和技术，涉及到多个环节。
微电子工艺流程(PDF 44页)
20、电极多晶硅的淀积
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD ） 技 术在晶圆表面沉积多晶硅，以做为连接 导线的电极。
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21、电极掩膜的形成
• 涂布光刻胶在晶圆上，再利用光刻技术 将电极的区域定义出来。
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22、活性离子刻蚀
晶格排列。退火就是利
用热能来消除晶圆中晶
格缺陷和内应力，以恢
复晶格的完整性。同时
使注入的掺杂原子扩散
到硅原子的替代位置，
使掺杂元素产生电特
性。
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11、去除二氧化硅
• 利用湿法刻蚀方法去除晶圆表面的二氧化 硅。
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12、前置氧化
• 利用热氧化法在晶圆上形成一层薄的氧 化层，以减轻后续氮化硅沉积工艺所产 生的应力。
• 利用活性离子刻蚀技术刻蚀出多晶硅电 极结构，再将表面的光刻胶去除。
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23、热氧化
• 利用氧化技术，在晶圆表面形成一层氧 化层。
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24、NMOS源极和漏极形成
• 涂布光刻胶后，利用光刻技术形成NMOS源极与漏极 区域的屏蔽，再利用离子注入技术将砷元素注入源极 与漏极区域，而后将晶圆表面的光刻胶去除。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
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1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
微电子工艺基础氧化工艺
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VS
随着技术的不断进步，高温氧化工艺 的研究也在不断深入。目前，高温氧 化工艺的研究重点主要集中在提高氧 化速率、降低氧化温度、优化氧化膜 质量等方面。同时，高温氧化工艺的 应用也面临着一些挑战，例如如何实 现节能减排、如何提高生产效率等。
低功耗氧化工艺的研究与应用
低功耗氧化工艺是一种新型的微电子工艺技术，通过降低氧 化温度和功耗，可以实现更低功耗的微电子器件。随着物联 网、智能终端等领域的快速发展，低功耗氧化工艺的应用前 景越来越广阔。
提高生活品质
微电子工艺的应用提高了人们的生活品质，如智能 手机的普及、医疗设备的数字化等。
微电子工艺的历史与发展
80%
历史回顾
微电子工艺的发展可以追溯到20 世纪50年代，随着晶体管的发明 和集成电路的诞生，微电子工艺 逐渐成熟。
100%
技术进步
随着材料科学、制程技术、封装 测试等领域的进步，微电子工艺 不断取得突破，实现更高性能、 更低成本的集成电路。
恒温氧化和变温氧化
根据氧化温度是否变化，可以将氧化工艺分为恒温氧化和变温氧化。恒温氧化是在恒定的温度下进行，而变温氧 化则是在变化的温度下进行。
03
微电子工艺氧化工艺流程
氧化前的准备
表面清洗
去除芯片表面杂质，如有机物、金属离子等， 确保表面洁净度。
干燥
确保芯片表面无水分，以免影响氧化层的形成。
预热
目前，低功耗氧化工艺的研究主要集中在优化氧化条件、提 高氧化膜质量、降低功耗等方面。同时，低功耗氧化工艺的 应用也需要解决一些技术难题，例如如何实现大面积均匀氧 化、如何提高氧化膜的稳定性等。
微电子工艺流程
微电子工艺流程1. 接收原料：首先，工厂会接收到原料，包括硅片、化学试剂等。
这些原料是制造微电子产品的基础材料。
2. 晶圆清洗：硅片需要经过严格的清洗过程，以去除上面的杂质和污垢，确保表面的干净和平整。
3. 掩膜制备：接下来，工艺师会在硅片表面涂覆一层光刻胶，然后使用光刻技术，将所需的图形模式转移到光刻胶上，形成掩膜。
4. 腐蚀和沉积：根据掩膜的图形，工厂会进行腐蚀或沉积的工艺步骤，以形成器件的结构或导线。
5. 清洗和检测：完成腐蚀和沉积后，硅片需要再次进行清洗，以去除残留的化学试剂和杂质。
然后需要进行严格的检测，以确保器件的质量和性能。
6. 封装和测试：最后，器件需要进行封装，将其安装到塑料或金属封装体中。
然后进行性能测试，确保器件符合规定的标准。
以上就是一般微电子工艺流程的概述，实际的制造过程可能会更为复杂和精细。
微电子工艺的不断创新和发展，为现代电子产品的制造提供了坚实的基础。
很高兴您对微电子工艺流程感兴趣，接下来我将继续介绍相关内容。
7. 产品测试：在封装完成后，产品需要进行各种测试，如电气测试、可靠性测试和外观检验，以确保器件的性能符合要求，并且保证了产品的质量和可靠性。
8. 清洁和包装：一旦通过了所有测试，产品需要进行终端清洁和包装，尤其是对于集成电路芯片。
清洁是为了确保产品的外观整洁和减少外部污染，而包装则是保护产品在运输和存储中不受损坏。
9. 质量控制和认证：最终产品也需要进行质量控制和认证，以确保产品达到国际标准，并通过相关认证。
这是为了确保产品在市场上获得认可和信任，同时也是对制造过程的全面检验。
微电子工艺流程中所采用的工艺技术包括了光刻、薄膜沉积、腐蚀、离子注入、微影、等离子刻蚀、扩散、陶瓷封装等，在每一个环节都需要非常精细和精准的工艺控制，同时需要使用各种先进的设备和工艺材料。
这些工艺都是多年来不断发展进步和技术创新的产物，使得微电子产品的制造能够更加精确、可靠和高效。
另外，微电子工艺在制造过程中也需要严格控制环境条件，比如温度、湿度、净度等。
微电子工艺超详细重点总结
第一章晶体管的发明：当代半导体产业伴随着1974年12月16日在贝尔电话实验室固态晶体管的发明而诞生，发明者是威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿。
集成电路（IC）的发明：由仙童半导体公司的罗伯特·诺伊思和德州仪器公司的杰克·基尔比于1959年分别独自发明。
电路集成半导体产业周期每个芯片元件数没有集成（分离元件）1960年之前 1小规模集成电路（SSI）20世纪60年代前期2至50中规模集成电路（MSI）20世纪60年代到70年代前期20至5000大规模集成电路（LSI）20世纪70年代前期到70年代后期5000至100000超大规模集成电路（VISI）20世纪70年代后期至80年代后期100000至1000000甚大规模集成电路（ULSI）20世纪90年代后期至今大于1000000集成电路的发展时代集成电路的制造步骤：1、硅片制备；2、硅片制造；3、硅片测试/拣选；4、装配与封装；5、终测。
关键尺寸CD，技术节点：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称为关键尺寸或CD．半导体产业使用技术节点描述在硅片制造中使用的可应用CD。
摩尔定律1964年，戈登·摩尔预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。
（1975年被修改为每18个月翻一番）电子时代阶段20世纪50年代晶体管技术；20世纪60年代工艺技术；20世纪70年代竞争；20世纪80年代自动化；20世纪90年代批量生产。
第二章材料分类：根据流经材料电流的不同可分为三类材料：导体，绝缘体，半导体。
硅的优点，被选为主要半导体材料的原因：主要有四个理由：硅的丰裕度；更高的融化温度允许更宽的工艺容限；更宽的工作温度范围；氧化硅的自然生成。
硅的掺杂剂：通常用于掺杂ⅢＡ族和ⅤＡ族元素。
P型—价带空穴数大于导带电子数，n型—导带电子多余价带空穴，多子—多数载流子，少子—少数载流子，pn结—是在两部分本质相同的材料之间形成的。
微电子制造工艺技术
微电子制造工艺技术微电子制造工艺技术是指用于制造微电子器件的一系列工艺技术，主要包括光刻、薄膜沉积、离子注入、蚀刻和扩散等步骤。
这些工艺技术在现代电子器件制造中起着至关重要的作用，直接影响着微电子器件的性能和可靠性。
首先，光刻是微电子制造中的关键步骤之一。
它通过使用光刻胶和光刻机等设备，在硅片表面上形成微细的图案。
光刻胶光敏剂的遮蔽能力和图案的精度决定了光刻的质量。
光刻的目标是将芯片上的微米级图案转移到硅片上，以创建集成电路的不同功能区域。
其次，薄膜沉积是微电子制造过程中不可或缺的步骤之一。
它通过在硅片表面上沉积各种材料薄膜，例如金属、氧化物和多晶硅等，来实现各种电子器件所需的结构和功能。
薄膜的质量和厚度均匀性对器件的性能和可靠性起着重要作用。
离子注入是一种常用的微电子制造工艺技术，它用于调节硅片的电学性能。
通过将离子注入硅片，可以改变硅片的电导率和掺杂浓度，从而实现不同类型的电子器件的制造。
离子注入的精度和均匀性是确保器件性能一致性的关键因素。
蚀刻技术在微电子制造中也起着重要作用。
它通过使用蚀刻液将不需要的材料从硅片上去除，以形成所需的结构和图案。
蚀刻的选择性和精度对器件的性能和可靠性有着重要的影响。
最后，扩散是微电子制造中的一种关键工艺技术。
它通过在硅片表面扩散掺杂物，例如硼和磷等，来改变硅片的导电性能。
扩散的时间和温度控制非常重要，以确保所得到的电子器件具有一致的性能。
总结起来，微电子制造工艺技术是实现集成电路制造的基础。
它们的精度、均匀性和可重复性对微电子器件的性能和可靠性具有重要影响。
随着微电子技术的不断发展，对工艺技术的要求也越来越高。
因此，不断改进和创新微电子制造工艺技术，提高制造效率和器件性能，是当前微电子制造领域面临的重要挑战。
微电子器件的工艺制备技术研究
微电子器件的工艺制备技术研究一、引言随着科技的发展，微电子器件越来越被广泛应用于各个领域，如消费电子、电子通信、医疗等。
微电子器件的工艺制备技术是实现小型化、高性能和低功耗的关键。
本文将探讨微电子器件的工艺制备技术研究进展。
二、微电子器件制备技术种类微电子器件的制备技术可以分为三种：扩散工艺、离子注入工艺和化学气相沉积工艺。
1.扩散工艺扩散工艺是指利用扩散原理，在半导体表面上形成p-n结或改变半导体的电性质，从而制备各种器件。
该工艺可以分为三种：固相扩散、气相扩散和液相扩散。
其中，固相扩散是最常用的一种。
2.离子注入工艺离子注入工艺是指将离子束射入半导体中，操纵半导体电物性，从而形成p-n结或制备器件。
该工艺具有制程简单、精度高和性能良好等优点。
3.化学气相沉积工艺化学气相沉积工艺是指利用化学反应在半导体表面上沉积薄膜，从而形成器件。
该工艺具有制程简单、成本低廉和控制性好等特点。
三、微电子器件制备技术的进展微电子器件制备技术在发展过程中，不断涌现出新的方法和技术。
下面将分别从扩散工艺、离子注入工艺和化学气相沉积工艺方面来介绍微电子器件制备技术的进展。
1.扩散工艺由于扩散工艺制备的器件成本低廉、效率高，因此得到了广泛应用。
在扩散工艺的研究中，最重要的问题是如何控制扩散过程中的杂质含量。
随着微电子器件的小型化，杂质的含量变得更加敏感，因此对杂质的控制要求更高。
目前，控制杂质含量的方法主要有如下几种：前处理、增量扩散和掺杂剂挥发。
其中，前处理是将器件的前部分进行清洗和去除，以减少杂质的影响。
增量扩散是指在扩散过程中，不断的补充新材料，以控制器件中的杂质含量。
掺杂剂挥发则是指在扩散过程中，通过加热掺杂剂将掺杂剂挥发出去，以减少杂质的含量。
2.离子注入工艺离子注入工艺在微电子器件制备中起到了重要的作用。
离子注入技术可以控制掺杂原子的深度、浓度和分布等参数，因而得到了广泛应用。
在离子注入工艺的研究中，最主要的问题是如何控制离子束和自生征上的温升。
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一、微电子技术发展历史
肖克利( William Shockley) 1910—1989
巴丁(JohnBardeen) 1908—1991
布拉坦(Walter Brattain) 1902—1987
一、微电子技术发展历史
一、微电子技术发展历史
1949 1952 1952 1954 1957 1957
工艺流程--前工序
⑾刻引线孔/三次光刻（刻出基区、发射区的电极引 线接触窗口。）→ ⑿蒸铝（真空蒸高纯Al）→ ⒀铝反刻/四次光刻（刻蚀掉电极引线以外的铝层， 用三次光刻的反版）→ ⒁合金（550-580℃，形成Al-Si欧姆接触。）→
工艺流程--前工序
⒂初测（测β 、BV，不合格作记号。）→ ⒃划片（用金刚刀，激光）→ ⒄烧结（用银浆将管芯固定在管壳底座上，使集电极 与底座金属板及集电极管脚相连，并形成欧姆接触。） → ⒅键合（用金丝/硅铝丝将发射极、基极与底座上相应 的管脚相连接。）→
微电子工艺基础
西安电子科技大学微电子学院 戴显英 2005.5
绪论
一、微电子技术发展历史
一些关键的半导体、微电子技术（工艺）
1918年 柴可拉斯基晶体生长技术--CZ法/直拉法， Czochralski, Si单晶生长
一、微电子技术发展历史
1925年 布里吉曼晶体生长技术，Bridgman， GaAs及化合物半导体晶体生长 1947年 第一只晶体管（点接触式）， Bardeen、Brattain及Shockley，三人 同获1956年诺贝尔物理奖
一、微电子技术发展历史
1969 MOCVD（金属有机化学气相淀积），Manasevit 及Simpson，GaAs外延 1971 干法刻蚀，Irving，CF4-O2，各向异性好 1971 分子束外延（MBE），极薄薄膜（原子级）、精 确控制 1971 微处理器（Intel4004,3mmX4mm，含2300 个MOS管，8μ m工艺），Hoff，
工艺流程
⒆初测→ ⒇划片→ （21）烧结→ （22）键合→ （23）中测→ （24）封帽→ （25）工艺筛选→ （26）总测→ （27）打印、包装、入库。
工艺流程--后工序 Nhomakorabea
⒆中测（检查划片、压片、烧结、键合工序的质量 → ⒇封帽（管壳的材料、形状及质量对性能影响极 大）→ （21）工艺筛选（高温老化、功率老化、高低温循 环实验）→ （22）总测（全面测试、等级分类）→（23）打印 包装、入库。
辅助工序：
超净厂房技术 超纯水、高纯气体制备技术 光刻掩膜版制备技术 材料准备技术
VDS CL t pd I DS
C L WLC ox
其中 VDS、IDS、CL均缩小了倍，所以tpd也缩小 了 倍。标志集成电路性能的功耗延迟积 PWtpd 则缩小了3倍。
参数 器件尺寸L, W, tox等 电源电压 掺杂浓度 阈值电压 电流 负载电容 电场强度 门延迟时间 功耗 功耗密度 功耗延迟积 栅电容 面积 集成密度
’70
’74
’78
’82
’86
’90
’94
’98
’2002
Moore定律 性能价格比
在过去的20年中，改进 了1,000,000倍 在今后的20年中，还将 改进1,000,000倍 很可能还将持续 40年
等比例缩小 (Scaling-down)定律
等比例缩小(Scaling-down)定律
工艺流程
⑾基区光刻（刻出基区及各扩散电阻的窗口）→ ⑿基区扩散（预淀积硼；硼再分布/氧化，氧化：发 射区磷扩散的掩蔽膜，0.5-0.6μ m；）→ ⒀发射区光刻（刻出发射区、集电区窗口）→ ⒁发射区扩散（磷预淀积；再分布/三次氧化）→ ⒂刻引线孔（刻出电极引线欧姆接触窗口）→ ⒃蒸铝（真空蒸高纯Al）→ ⒄铝反刻（刻蚀掉电极引线以外的铝层）→
一、微电子技术发展历史
世界上第一个集成电路
一、微电子技术发展历史
1959 第一个单片集成电路, Noyce （2000年 诺贝尔物理奖）,6个器件的触发器 1960 平面化工艺，SiO2层（光刻）→窗口（扩散） →pn结 1960 第一个MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体 管)，Kahang及Atalla, 1963 CMOS(互补型金属-氧化物-半导体场效应晶体 管)，Wanlass及萨支唐，逻辑电路 1967 DRAM(动态随机存储器)，Dennard 1969 多晶硅自对准栅极，Kerwin，有效降低寄生效应
微电子器件的特征尺寸继续缩小 第二个关键技术：互连技术
铜互连已在0.25/0.18um技术代中使用； 但是在0.13um以后，铜互连与低介电常 数绝缘材料共同使用时的可靠性问题还 有待研究开发
互连技术与器件特征尺寸的缩小 （资料来源：Solidstate Technology Oct.,1998）
工艺流程
⑺隔离光刻（刻隔离墙扩散窗口）→ ⑻隔离扩散（形成P+型隔离墙：P+扩散要穿透外延层 与P-Si衬底连通，将N型外延层分割成若 干独立得“岛”；两步扩散）→ ⒅合金（形成Al-Si欧姆接触） ⑼背面蒸金（真空蒸高纯金）→ ⑽基区氧化（基区扩散掩蔽膜：0.5-0.8μ m；金扩散： 提高开关速度，消除从P型扩散区到衬底 的P-N-P晶体管效应）→
目前0.25m和0.18 m已开始进入大生产 0.15 m和0.13 m大生产技术也已经完成开 发，具备大生产的条件
当然仍有许多开发与研究工作要做，例如IP模块 的开发，为EDA服务的器件模型模拟开发以及基 于上述加工工艺的产品开发等
在0.13-0.07um阶段，最关键的加工工艺—光 刻技术还是一个大问题，尚未解决
CE(恒场)律 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1 1/ 1/2 1 1/3 1/2 2
CV(恒压)律 1/ 1 2 1 1/ 1/2 3 1/ 1/2 2
QCE(准恒场)律 1/ / / 2 / 1/ 1/ 3 /2 3 2 /3 1/2 2
PN结隔离双极型集成电路制造 工艺
工艺流程
⑴衬底制备（ρ =8-13Ω · cm，P型,（111）晶面，300 400μ m）→ ⑵埋层氧化（埋层扩散的掩蔽膜，1-1.5μ m；埋层作用 降低集电极串联电阻）→ ⑶埋层光刻（刻埋层扩散区窗口）→ ⑷埋层扩散（N+,R□≤20Ω /□）→ ⑸外延（N型Si，ρ =0.3-0.5Ω · cm，8-10μ m）→ ⑹隔离氧化（隔离扩散的掩蔽膜，0.6-1μ m）→
二、微电子技术发展的规律与 趋势
Moore定律
1965年Intel公司的创始人之一 Gordon E. Moore预言集成电路产 业的发展规律
集成电路的集成度每三年 增长四倍， 特征尺寸每三年缩小 2 倍
芯片上的体管数目 微处理器性能 Moore定律： 每三年翻两番
1.E+9 1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E +5 1.E+4 1.E+3
pn结,Shockley Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,Welker 扩散,Pfann，高温深结 第一个硅晶体管，Teal,贝尔实验室 光刻胶,Andrus，光刻成本占35% 氧化物掩蔽层，Frosch和Derrick,可阻止大部 分杂质的扩散
一、微电子技术发展历史
1957 CVD（化学气相淀积）外延晶体生长技术—薄膜 ， Sheftal、Kokorish及Krasilov, 改善器件 性能、制造新颖器件 1957 异质结双极晶体管（HBT）,Kroemer（2000年诺 贝尔物理奖） 1958 离子注入,Shockley，低温浅结、精确控制掺杂 数目 1958 第一个（混合）集成电路,Kilby（2000年 诺贝尔物理奖）,由Ge单晶制作--1个BJT、3个电 阻、1个 电容
SOI技术：缺点
SOI材料价格高 衬底浮置 表层硅膜质量及其界面质量
三、器件与集成电路制造工艺 简介
硅外延平面晶体管制造工艺 3DK3 —NPN型开关管
工艺流程--前工序
⑴衬底制备（ρ =10-3Ω · cm，N+,400μ m）→ ⑵外延（N, ρ =0.3-0.5Ω · cm，1-10μ m）→ ⑶基区氧化/一次氧化（光刻掩蔽膜/钝化表面， 500-600nm）→ ⑷基区光刻（刻出基区扩散窗口）→ ⑸硼预淀积（扩散足够的B杂质，N型）→ ⑹减薄蒸金（减到200-250μ m；减薄：避免背面B扩 散到内部/利于划片；蒸金：金扩散杂质源，）→
微电子技术的 三个发展方向
微电子技术的三个发展方向
21世纪硅微电子技术的三个主要发展方向
特征尺寸继续等比例缩小 集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) 微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业 和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等
微电子器件的特征尺寸继续缩小 第一个关键技术层次：微细加工
微电子器件的特征尺寸继续缩小 第三个关键技术
新型器件结构 新型材料体系
高K介质 金属栅电极 低K介质 SOI材料
SOI(Silicon-On-Insulator: 绝缘衬底上的硅)技术
SOI技术：优点
完全实现了介质隔离, 彻底消除了体 硅CMOS集成电路中的寄生闩锁效应 速度高 集成密度高 工艺简单 减小了热载流子效应 短沟道效应小,特别适合于小尺寸器件 体效应小、寄生电容小，特别适合于 低压器件
一、微电子技术发展历史