半导体制程技术导论Chapter1导论
半导体制程技术导论Chapter_2简介综述
层间介质
层间介质
在钨沉积之前，自然氧化层 生长在接触孔
有源区
钨塞
氧化层隔离接触
30
静电释放
• 定义：两种不同静电势的材料接触或摩擦（摩擦电） • 产生原因：湿度低（40%+-10%) • 问题：尽管ESD发生时转移的静电总量很小，但放电的能量积累 在硅片上很小的一个区域内。发生在几个纳秒内的静电释放能产 生超过1A的峰值电流；产生的电场能够吸引带电颗粒或极化并吸 引中性颗粒到硅片表面。
20
晶圆产品的解说
切割道 测试结构
晶粒
21
作业1
• 解释晶圆直径、芯片尺寸、芯片密度、 边缘芯片数量和制程缺陷密度对晶圆电 测成品率的影响
22
污染控制及无尘室
目标 • 识别污染在半导体器件及其工艺生产中 的三大主要影响。 • 列出芯片工艺生产中的主要污染源。 • 定义洁净室的洁净等级。 • 列举等级分别为100，10 和1的芯片生产 区域的微尘密度。
37
5m
光刻版上粒子污染效应
38
粒子污染的效应
离子束
光阻中的掺杂物 微粒 光阻 屏蔽氧化层
局部布植的接面
39
无尘室结构
补充空气 风扇 补充空气
设备区 1000级
制程工具
HEPA过滤网
1级 制程区
设备区 1000级
制程工具
回风
孔状框型高架地板
帮浦、电力 供应系统
40
最少化微粒环境
• 等级1000的无尘室,较低的成本 • 董事长会议室的安排方式,制程和设备之 间无墙面阻隔 • 在晶圆和制程工具的周围环境较等级1佳 • 制程工具间晶圆转移自动化
水平炉管
加热线圈 晶圆
半导体材料导论描述课件
半导体材料在集成电路、微电 子器件、光电子器件等领域发 挥着关键作用，推动着科技的 进步与发展。
半导体材料在能源转换和存储 、传感器、生物医疗等领域也 具有广泛应用，为人类生活带 来便利。
半导体材料的发展趋势与前景
随着科技的不断发展，新型半导体材 料不断涌现，如二维材料、氧化物半 导体等，具有更优异的性能和更广泛 的应用前景。
硅基半导体是指以硅为基底制造 的半导体材料。自20世纪50年 代以来，硅基半导体一直是半导
体产业的主流技术。
目前，硅基半导体在集成电路、 微电子、光电子、通信等领域得 到了广泛应用，是现代信息技术
的基石之一。
随着技术的不断进步，硅基半导 体的性能不断提高，制造成本不 断降低，使得其应用领域不断拓
展。
半导体材料导论描述 课件
目录
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战 • 案例分析：硅基半导体的应用与发展 • 总结与展望
CHAPTER 01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于金属和绝缘体之间，其导电能力随温度、光照和杂质等因 素发生变化。
硅基半导体的优势与局限性
硅基半导体的优势在于其成熟度高、 可靠性好、稳定性高、制造成本低等 。
然而，硅基半导体的局限性也很明显 ，如硅材料的带隙较窄、光电性能较 差等，限制了其在某些领域的应用。
硅基半导体的未来发展方向
1
随着科技的不断发展，硅基半导体将继续在高性 能计算、物联网、人工智能等领域发挥重要作用 。
详细描述
半导体是指那些在一定条件下能够导电的材料，其导电能力随温度、光照和杂质 等因素发生变化。在常温下，纯净的半导体通常表现为绝缘体，但当温度升高或 受到光照等外部因素影响时，其导电性能会显著增强。
半导体制程技术导论Chapter_1导论
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 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 22 被显影液溶解，获得的图形与掩模版图形互补。
2
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
3
主题
• • • • 简介 集成电路组件和设计 半导体制程 未来的走向
4
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
半导体制程技术导论 Chapter 1导论
王红江， Ph. D. fwang@ 江苏科技大学
1
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 • Michael Quirk, Julian Serda. 半导体制造技术. 电子 工业出版社. 2009
半导体制造技术导论萧宏台译本
半导体制造技术导论萧宏台译本摘要：一、半导体制造技术的概述二、半导体制造技术的发展历程三、半导体制造技术的重要性四、半导体制造技术的应用领域五、半导体制造技术的未来发展趋势正文：一、半导体制造技术的概述半导体制造技术是指通过一系列复杂的工艺步骤，将半导体材料制成具有特定功能和性能的集成电路和器件的过程。
半导体制造技术作为现代电子信息技术的基础，广泛应用于计算机、通信、家电等领域，对于推动科技发展和提高人类生活水平具有重要意义。
二、半导体制造技术的发展历程半导体制造技术的发展经历了几个阶段。
早期，人们主要通过手工操作和简单的设备进行半导体材料的加工。
随着科学技术的进步，半导体制造技术逐渐实现了自动化、智能化，制造工艺也日趋精密。
从20 世纪中叶开始，半导体制造技术进入了快速发展阶段，集成电路的集成度不断提高，尺寸不断缩小，性能不断提升。
三、半导体制造技术的重要性半导体制造技术对于现代科技和社会经济发展具有举足轻重的地位。
首先，半导体制造技术是信息技术产业发展的基础。
计算机、通信设备等电子产品的核心部件都是由半导体材料制成的。
其次，半导体制造技术对提高人民生活水平具有重要意义。
半导体技术在医疗、教育、交通等领域的应用，极大地改善了人们的生活质量。
最后，半导体制造技术是国家科技实力的重要体现。
一个国家在半导体制造技术领域的地位，往往能反映出这个国家在国际竞争中的实力。
四、半导体制造技术的应用领域半导体制造技术的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.计算机：计算机处理器、内存等关键部件都是由半导体材料制成的。
2.通信：手机、无线通信基站等通信设备中，半导体器件占有重要地位。
3.家电：半导体技术在家电产品中的应用，如电视机、冰箱、空调等，使得这些产品更加智能化、节能化。
4.工业控制：半导体技术在工业控制领域的应用，提高了生产效率和产品质量。
5.医疗：半导体技术在医疗设备中的应用，如超声波、心电图等，提高了疾病诊断和治疗的水平。
半导体材料导论1-1PPT课件
（1）电导率： 半导体材料在室温下，它的电导率s在103~10-9S/cm之间,S为西门子，电导单位， 电导率s =1/r（电阻率） (W. cm) ； 一般金属为107~104S/cm； 绝缘体则<10-10，最低可达10-17。 同时，同一种半导体材料，因其掺入的杂质量不同，可使其电导率在几个到十几 个数量级的范围内变化，也可因光照和射线辐照明显地改变其电导率；
.
2
第一章：半导体材料综述
半导体已成为家喻户晓的名词，收音机是半导体的、电视机是半导体的、计 算器及计算机也是半导体的。那么哪些是半导体材料？它有哪些特征？
1 半导体材料的特征 半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的部类。顾名思义，半导体在其
电的传导性方面，其电导率低于导体，而高于绝缘体。它具有如下的主要特征。
BC 硼碳
Si P S 硅磷硫 Ge As Se 锗砷硒 Sn Sb Te I 锡锑碲碘
图1.1元素半导体在周期表中的位置
.
7
从图1.1也可以看出半导体材料与物质结构的密切关系。
处于III-A族的只有硼，其熔点高(2300oC)，制备单晶困难，而且其载流子迁移率 很低，对它研究的不多，未获实际应用。 IV-A 族中第一个是碳，它的同素异形体之一金刚石具有优良的半导体性质，但制 备单晶困难，是目前研究的重点；石墨是碳的另一个同素异形体，系层状结构，难 以获得单晶，故作为半导体材料未获得应用。 IV-A族的第二个元素是硅，具有优良的半导体性质，是现代最主要的半导体材料。 再往下是锗，它具有良好的半导体的性质，是重要的半导体材料之一。 IV-A族的第四个元素锡在常温下的同素异形体为b-Sn，属六方晶系，但在13.2oC 以下 可变为立方晶系灰锡（a-Sn）。灰锡具有半导体性质，属立方晶系。在从bSn转化为a-Sn 的过程中，体积增大并变粉末，故难以在实际中应用。
第一章 引 言20170808
目录序言：写作缘由-----------------------------------------------------------------------------------------致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------------第一章：引言-------------------------------------------------------------------------------------------1.1崛起的C M O S工艺制程技术-------------------------------------------------------------------1.1.1双极型工艺制程技术简介-------------------------------------------------------------1.1.2P M O S工艺制程技术简介--------------------------------------------------------------1.1.3N M O S工艺制程技术简介-------------------------------------------------------------1.1.4C M O S工艺制程技术简介--------------------------------------------------------------1.2特殊工艺制程技术--------------------------------------------------------------------------------1.2.1B i C M O S工艺制程技术简介------------------------------------------------------------1.2.2B C D工艺制程技术简介-----------------------------------------------------------------1.2.3H V-C M O S工艺制程技术简介---------------------------------------------------------1.3M O S F E T集成电路的发展历史----------------------------------------------------------------------1.4M O S F E T器件的发展和面临的挑战---------------------------------------------------------------第一章引言1.1崛起的C M O S工艺制程技术1.1.1双极型工艺制程技术简介[1~2]双极型工艺制程技术是最早出现的集成电路工艺制程技术，也是最早应用于实际生产的集成电路工艺制程技术。
图解半导体制程概论1
图解半导体制程概论（1）第一章半导体导论█半导体的物理特性及电气特性【半导体】具有处于如铜或铁等容易导电的【导体】、与如橡胶或玻璃等不导电的【绝缘体】中间的电阻系数、该电阻比会受到下列的因素而变化。
如：杂质的添加·温度光的照射·原子结合的缺陷█半导体的材料硅(Si)与锗(Ge)为众所周知的半导体材料.这些无素属于元素周期素中的第IV族,其最外壳(最外层的轨道)具有四个电子.半导体除以硅与锗的单一元素构成之处,也广泛使用两种以上之元素的化合物半导体.●硅、锗半导体（Si、Ge Semiconductor)单结晶的硅、其各个原子与所邻接的原子共价电子（共有结合、共有化）且排列得井井有条。
利用如此的单结晶，就可产生微观性的量子力学效果，而构成半导体器件。
●化合物半导体(Compound Semiconductor)除硅（Si)之外，第III族与第V族的元素化合物，或者与第IV族元素组成的化合物也可用于半导体材料。
例如，GaAs（砷化镓）、Gap（磷化砷）、AlGaAs（砷化镓铝）、GaN（氮化镓）SiC（碳化硅）SiGe（锗化硅）等均是由2个以上元素所构成的半导体。
█本征半导体与自由电子及空穴我们将第IV族（最外层轨道有四个电子）的元素（Si、Ge等），以及和第IV族等价的化合物（GaAs、GaN等），且掺杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本征半导体（intrinsic semiconductor）。
●本征半导体（intrinsic semiconductor）当温度十分低的时候，在其原子的最外侧的轨道上的电子（束缚电子（bound electrons）用于结合所邻接的原子，因此在本征半导体内几乎没有自由载子，所以本征半导体具有高电阻比。
●自由电子（free electrons）束缚电子若以热或光加以激发时就成为自由电子，其可在结晶内自由移动。
●空穴（hole）在束缚电子成为自由电子后而缺少电子的地方，就有电子从邻接的Si原子移动过来，同时在邻接的Si原子新发生缺少电子的地方，就会有电子从其所邻接的Si原子移动过来。
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3.8 参考文献
3.7 小结
3.9 习题
第4章 晶圆制造
01
4.1 简介
02
4.2 为什 么使用硅 材料
03
4.3 晶体 结构与缺 陷
04
4.4 晶圆 生产技术
06
4.6 衬底 工程
05
4.5 外延 硅生长技 术
4.8 参考文献
4.7 小结
4.9 习题
第5章 加热工艺
01
5.1 简介
02
6.4 光刻技术的 发展趋势
6.5 安全性 6.6 小结
6.7 参考文献 6.8 习题
第7章 等离子体工艺
01
7.1 简介
02
7.2 等离 子体基本 概念
03
7.3 等离 子体中的 碰撞
04
7.4 等离 子体参数
06
7.6 直流 偏压
05
7.5 离子 轰击
7.7 等离子体工 艺优点
7.8 等离子体增 强化学气相沉积
10.9 工艺发展趋 势与故障排除
10.10 化学气相 沉积工艺发展趋 势
10.12 参考文献
10.11 小结
10.13 习题
第11章 金属化工艺
01
11.1 简 介
02
11.2 导 电薄膜
03
11.3 金 属薄膜特 性
04
11.4 金 属化学气 相沉积
06
11.6 铜 金属化工 艺
05
11.5 物 理气相沉 积
5.2 加热 工艺的硬 件设备
03
5.3 氧化 工艺
04
5.4 扩散 工艺
06
5.6 高温 化学气相 沉积
05
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13M 25M 40M 0.03 0.02 0.01
300 300
300~400
12
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
13
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
2
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, 961
4
第一个晶体管, 贝尔实验室, 1947
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)
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)
18
实际CMOS反相器版图
19
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
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。
21
光刻和倍缩光刻
图片提供:SGS Thompson
22
材料 晶圆 光刻版 设计
晶圆制程
• Michael Quirk, Julian Serda. 半导体制造技术. 电子 工业出版社. 2009
1
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
照片提供:NEC Corporation
14
IC几何上的限制
原子的大小
15
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
16
IC设计: 第一颗IC
照片提供: 德州仪器
17
IC设计:
Vin
CMOS反相器
照片提供:Fairchild Semiconductor International
8
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
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
23
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
9
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
10
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)
照片提供:AT&T 档案财产，授 权同意本书翻 印使用
5
第一个晶体管的发明者
约翰‧巴定，威廉‧肖克莱 和 华特‧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
7
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
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
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
11
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
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