半导体制程技术导论Chapter1导论

体基件表面产生电路的形状。
正光刻胶：受光照部分发生降解反应而能为显影液所溶解。留下
的非曝光部分的图形与掩模版一致。
负光刻胶：受光照部分产生交链反应而成为不溶物，非曝光部分
被显影液溶解，获得的图形与掩模版图形互补。
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光刻和倍缩光刻
图片提供:SGS Thompson
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材料 晶圆 光刻版 设计
晶圆制程
13M 25M 40M 0.03 0.02 0.01
300 300
300~400
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芯片尺寸与晶圆尺寸的相对性展示
以0.28微米技术制造的 晶粒 以0.20微米技术
以0.14微米 技术
芯片 或晶 粒
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1997年NEC 制造最小的晶体管
下匣极 源极
上匣极
介电质 汲极
n+
n+
超浅接面
P型芯片
小于0.014 微米 匣极的宽度
超大规模集成电路(Ultra Large Scale
Integration)
特大规模集成电路(Super Large Scale
Integration)
VLSI 100,000 ~ 10,000,000 ULSI 10,000,000~ 1,000,000,000 SLSI 超过 1,000,000,000
照片提供:NEC Corporation
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IC几何上的限制
原子的大小
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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 0.01 微米 • 大概30 个硅原子
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IC设计: 第一颗IC
照片提供: 德州仪器
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IC设计:
Vin
CMOS反相器
晶体管的单位成本(千 0.3 0.1
分之一美分)
晶圆尺寸 (mm)
200 200
1G 0.003 13M 0.2 7M 0.05 200~300
2001 2004 0.13 0.10 4G 16G
2007 0.07 64G
0.001 0.0005 0.0002
25M 50M 90M 0.1 0.05 0.02
无尘室生产厂房
金属化
化学机械 研磨
介质沉积
热处理
离子注入与 光刻胶
蚀刻与光 刻胶
光刻
测试 封装 最后测试
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缩写 芯片内的组件数目
SSI 2 ~ 50
中型集成电路(Medium Scale Integration)
MSI 50 ~ 5,000
大规模集成电路(Large Scale Integration)
LSI 5,000 ~ 100,000
极大规模集成电路(Very Large Scale
Integration)
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整体的半导体工业道路图
1995 1997 1999
最小图形尺寸(mm) 0.35 0.25 0.15
DRAM 位数/芯片
位的单位成本(千分之 一美分)
64M 0.017
256M 0.007
微处理器
4M 7M
晶体管数目/cm2
晶体管的单位成本(千 1
0.5
分之一美分)
ASIC
2M 4M
晶体管数目/cm2
照片提供:AT&T 档案财产，授 权同意本书翻 印使用
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第一个晶体管的发明者
约翰‧巴定，威廉‧肖克莱 和 华Baidu Nhomakorabea‧布莱登
照片提供:Lucent Technologies Inc.
6
1958年德州仪器的杰克克毕制造出 的第一个集成电路芯片(棒)
照片提供: 德州仪器
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1961年费尔查德摄影机公司在硅晶 圆上制出的第一个集成电路
照片提供:Fairchild Semiconductor International
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摩尔定律
• 1964年哥登‧摩尔(英特尔公司的共同创始人 之一)
• 价格不变之下，计算机芯片上的组件数目， 几乎每12个月就增加一倍
• 1980年代减缓至每18个月 • 到目前仍属正确，预期可以维持到2015-
2020年
• Michael Quirk, Julian Serda. 半导体制造技术. 电子 工业出版社. 2009
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目标
读完本章之后，你应该能够：
• 熟悉半导体相关术语的使用 • 描述基本的集成电路制造流程 • 简明的解释每一个制程步骤 • 将你的工作或制造产品与半导体制造工艺
相结合，并建立它们之间的联系
N-信道组件区 N-通道 Vt N-通道LDD N-通道S/D
NMOS
PMOS
Vss
Vout
浅沟绝缘槽(STI)
Vdd
(a)
P-信道组件区 P-通道 Vt P-通道LDD P-通道S/D
P型井区 第一层 金属
(b)
多晶硅匣极和局部互连
N型井
Contact 区
第一层金属,AlCu
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主题
• 简介 • 集成电路组件和设计 • 半导体制程 • 未来的走向
3
简介
• 第一个晶体管,AT&T贝尔实验室, 1947 • 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 • 第一个硅集成电路芯片, 费尔查德照相机
公司, 1961
4
第一个晶体管, 贝尔实验室, 1947
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摩尔定律(英特尔版本)
Transistors
Pentium III
10M 1M
80486
Pentium
100K 10K 1K
8086
80286
80386
4040 8080
1975 1980 1985 1990
1995
2000
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IC的尺度--集成电路芯片的积体化层级
积体化层级
小型集成电路(Small Scale Integration)
参考书籍
• Hong Xiao. Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology. SPIE. 2012
• 萧宏. 半导体制造技术导论. 电子工业出版社， 2012
• 施敏. 半导体器件物理与工艺. 苏州大学出版社, 2002
• Peter Van Zant. 芯片制造——半导体工艺制程实用 教程. 电子工业出版社
W PMD
n+
n+
STI
p+
p+
P型井区
N型井区
P型垒晶层i
P型晶源
(c)
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实际CMOS反相器版图
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CMOS反相器的布局图和光刻版
相位移光刻版展示图 (光刻/倍缩光刻)
薄胶膜 铬金属图案
相位移涂布物
石英基板
光刻工艺：借助光刻胶将印在掩膜上的图形结构转移到硅片表面
光刻胶：批光照后能具有抗蚀能力的高分子化合物，用于在半导