第六章光刻
版图第六章
第六章
1
电阻用来提供明确或可控的电阻值，模拟电路中
通常包含很多的电阻。大部分工艺中提供了多种不同
的电阻材料以供选择，有些材料适合制作高阻值电
阻，有些材料适合制作低阻值电阻。不同的材料的精
度和温度特性会有较大的区别，电路设计者和版图设
计者通常需要为每个电阻选择合适的材料。
电阻材料的选择会对电路的性能产生巨大的影响，因此没有经过仔细考虑后果的情况下不易随便替换电阻材料。
6.1 电阻率和方块电阻
6.2 电阻版图 第六章
2
第六章
3
第六章
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6.3 电阻变化
电阻阻值取决于其方块电阻和尺寸。方块电阻会随薄膜厚度、掺杂浓度。掺杂分布和退火条件的波动变化，电阻的尺寸也会随着光刻误差和刻蚀速率的不一致而发生变化。
现代工艺的方块电阻误差基本都可以维持在20%以内，以CSMC 0.5um工艺为例，N+和P+的扩散电阻均可维持在10%偏差内，Poly1和poly2电阻在20%误差内，带阻挡层的高阻HPoly的偏差基本也可以控制在30%以内。
在工艺中，用线宽控制来做光刻和工艺尺寸的度量。一般线宽控制用特征尺寸的百分比来衡量，现代工艺中大部分工艺都可以保证线宽控制在其最小特征尺寸的20%以内。电阻容差可由以下关系进行估算。
例如：1.方块电阻偏差25%，有效线宽2um,线宽控制0.25um,则电阻容差为38%。
2.方块电阻偏差25%，有效线宽2um,特征尺寸0.5um,则电阻容差为30%。
注意：阱电阻除了考虑线宽控制外，还需考虑横向扩散。在CSMC0.5DPTM工艺中典型阱深2.7um.
电阻设计规则：
1.在容差不重要的情况下，电阻可以使用最小宽度，这样期望的阻值容差为线宽控制20%加上方块电阻变化值。但是注意扩散电阻不能窄于结深的150%。
2.需要中等精度的容差时，电阻宽度为最小特征尺寸的2~3倍，期望容差为10%加上方块电阻变化值。
3.需要高精度电阻时，可以选用最小特征尺寸的5倍以上的宽度，期望容差为4%加上方块电阻变化值。
2024纳米材料与技术期末考试复习
《纳米材料与技术》期末复习
第一章：
纳米科学技术的发展历史——
1、1959年12月，美国物理学家费曼在加州理工学院召开的美物理学会会议上作了一次富有想象力的演说“最底层大有发展空间”，费曼的幻想点燃纳米科技之火。
2、1981年比尼格与罗勒尔独创了看得见原子的扫描隧道显微镜（STM）。
3、1989年在美国加州的IBM试验内，依格勒博士采纳低温、超高真空条件下的STM操纵着一个个氙原子，实现了人类另一个幻想——干脆操纵单个原子。
4、1991年，日本的饭岛澄男教授在电弧法制备C60时，发觉氩气直流电弧放电后的阴极碳棒上发觉了管状结构的碳原子簇，直径约几纳米，长约几微米碳纳米管。
5、1990年在美国东海岸的巴尔的摩召开其次届国际STM会议的期间，召开了第一届国际纳米科学技术会议，该会议标记纳米科学技术的诞生。
其次章：
1、纳米材料的分类：
按功能分为半导体纳米材料、光敏型纳米材料、增加型纳米材料和磁性纳米材料；
按属性分为金属纳米材料、氧化物纳米材料、硫化物纳米材料、碳（硅）化合物纳米材料、氮（磷）等化合物纳米材料、含氧酸盐纳米材料、复合纳米材料。
按形态分为纳米点、纳米线、纳米纤维和纳米块状材料。
2、纳米材料的四个基本效应：小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应。
1）量子尺寸效应与纳米材料性质
a.导电的金属在制成超微粒子时就可以变成半导体或绝缘体；绝缘体氧化物相反。
b.磁化率的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 。
c.比热亦会发生反常变更，与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 。
d.光谱线会产生向短波长方向的移动 。
e.催化活性与原子数目有奇数的联系，多一个原子活性高,少一个原子活性很低。
2)小尺寸效应的主要影响：
a.金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象
（电子平均自由程）动量
b.宽频带强汲取性质（光波波长）
c.激子增加汲取现象（激子半径）
d.磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能）
半导体工艺原理复习解析
第一章
晶体生长技术（直拉法（CZ）、区熔法（FZ））。
半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。
导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
N型半导体（电子型半导体），自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入五价元素（如磷），自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。
P型半导体（空穴型半导体）即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入三价元素（如硼）。空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。
区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。难生长大直径硅晶棒。低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。
CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用。
CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。
影响因素：拉伸速率、旋转速率。
硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量
制备流程：整形处理，去掉两端，径向研磨。
硅片制作流程：
磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HNO3+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污）
晶体缺陷：点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）；位错；层错。
杂质的作用：调节硅原子的能级，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，导带，禁带，价带。如果所有的自由电子都在价带上就是绝缘体；如果所有的自由电子都在导带上就是导体。 半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。
施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的；
光刻工艺讲义
1第六章光刻工艺（Photolithography)
原理和工艺第六章光刻工艺
引言（基本概念）
光刻胶的化学性质与作用
光学光刻
光学光刻的限制及技术展望
第一节引言---集成电路中的图形
2集成电路发展趋势
特征尺寸不断缩小硅圆片直径不断增大
提高电路性能降低生产成本
引言---基本概念（1）
光刻Lithography：用照相复印的方法将
光刻版上的图案转移到硅片表面的光刻胶
上，以实现后续的有选择刻蚀或注入掺杂。
光刻版Photo Mask：带有电路图形信息的、
有选择区域透光或不透光的光刻用掩模版。
光刻胶Photoresist：感光前后溶解度会发
生很大变化的化合物。
3正胶光刻与负胶光刻
曝光平行光源
掩模版
光刻胶
介质薄膜（如多晶等）
硅衬底
显影
光刻胶正胶光刻负胶光刻
正胶光刻与负胶光刻示意图引言－基本概念（2）
光刻材料：光刻版（掩模版）、光刻胶、
显影液
光刻设备：涂胶机、对准/曝光机、显影机
光刻步骤：涂胶、对准/曝光、显影
光刻环境：洁净室、黄光室
光刻的三要素：光刻版、光刻胶、光刻机
VLSI对光刻工艺的要求
高分辨率：满足特征尺寸缩小的需要
高灵敏度：光刻胶的感光速度↑曝光时间↓
精密的套刻对准：套刻误差<=1/10特征尺寸
大尺寸硅片加工能力：尺寸↑硅片形变↑
低缺陷光刻工艺控制
光刻
设备材料
光刻胶
显影液工艺
套刻精度图形尺寸工艺重复性
4第二节光刻胶---化学性质与作用
光刻胶成分：树脂感光剂溶剂
光刻胶分类：正胶负胶
正胶的工作原理
光刻胶的技术指标光刻胶的组成
树脂：作为粘合剂，使光刻胶能形成膜
感光剂：对光的敏感度很强的化合物
溶剂：树脂和感光剂溶解于溶剂中，便
于光刻胶的保存
光刻胶的分类
光刻胶分类：正胶负胶
正胶：未曝光部分不溶于显影液，曝光部分
溶于显影液
负胶：未曝光部分溶于显影液，曝光部分不
溶于显影液
光刻胶也可以根据使用光源，如紫外线、
光刻机原理教学课程设计
光刻机原理教学课程设计
一、课程目标
知识目标：
1. 学生理解光刻机的基本原理，掌握其工作流程中的关键步骤；
2. 学生掌握光刻机中光学、机械及电子等基本部件的功能和相互作用；
3. 学生了解光刻技术在半导体制造领域的重要性和应用。
技能目标：
1. 学生能够运用所学知识，分析并解释光刻机在芯片制造过程中的作用；
2. 学生通过小组合作，设计简单的光刻实验，提高动手操作和团队协作能力；
3. 学生能够运用光刻技术的基本原理，对实际生产中的问题进行初步分析。
情感态度价值观目标：
1. 学生培养对光刻技术及相关科学研究的兴趣，激发探索精神；
2. 学生认识到科技创新在国家发展中的重要性，增强民族自豪感；
3. 学生在学习过程中，培养严谨、细致、合作、探究的学习态度。
课程性质分析：
本课程为高年级物理或电子学科相关课程，旨在帮助学生深入理解光刻技术及其在芯片制造领域的作用。
学生特点分析：
高年级学生对物理、电子等专业知识有一定的基础，具备较强的逻辑思维能力和动手能力，对新技术和新知识充满好奇。
教学要求： 1. 结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；
2. 创设问题情境，引导学生主动探究，培养学生的创新思维；
3. 强调团队合作，提高学生的沟通与协作能力。
二、教学内容
1. 光刻技术概述：介绍光刻技术的发展历程、应用领域及重要性。
- 教材章节：第二章“光刻技术简介”
2. 光刻机原理及其工作流程：详细讲解光刻机的基本原理、工作流程及关键参数。
- 教材章节：第三章“光刻机原理与结构”
3. 光刻机主要部件及其功能：分析光刻机中的光学系统、机械系统、电子系统等主要部件的作用及相互关系。
- 教材章节：第四章“光刻机主要部件”
4. 光刻工艺流程：介绍光刻工艺的步骤，包括预处理、涂胶、曝光、显影、蚀刻等。
- 教材章节：第五章“光刻工艺流程”
5. 光刻技术在半导体制造中的应用：分析光刻技术在芯片制造过程中的具体应用及其影响。
集成电路制造习题
《集成电路制造工艺》习题集
第一章序言
1. 简述集成电路制造工艺发展的大致状况。
2. 描述圆片和芯片的关系和区别。
3. 和分立器件相比，集成电路有何特有的工艺？
4. 你如何理解集成电路制造工艺课程的性质和任务。
第二章 薄膜制备
2. 二氧化硅在半导体生产中有何作用？
3. 二氧化硅要阻挡杂质要满足什么条件？
4. 组成二氧化硅基本单元是什么？它有哪两种主要的结构？
5. 氧在二氧化硅中起何作用？它有哪两种基本形态？
5. 二氧化硅中的杂质主要有哪几种形式？它们对二氧化硅的结构有何影响？
6. 什么是热氧化生长法？热氧化后硅的体积如何变化？
7. 如果要行长20000A的二氧化硅膜，要消耗多少厚度的硅？
8. 写出三种的热氧化生长法的原理及各自的特点。
9. 写出热氧化生长法的主要规律。
10. 影响氧化生长速率的因素有哪些？
11. 在半导体生产中为何常采用干—湿—干的氧化方法。如果要生长5000纳米的膜，需要
多长的氧化时间？（已知在T=1200℃，B湿=117.5um2/min）
12. 描述二氧化硅-硅系统电荷的种类、产生原因及改进措施。
13. 如何测试二氧化硅的厚度？
14. 二氧化硅的缺陷包括哪几个方面？
15. 叙述氢氧合成氧化的原理及特点。
16. 叙述高压氧化的原理及特点。
17. 什么叫掺氯氧化？它有何优点？掺氯氧化时要注意哪些问题？
18. 热分解氧化和热氧化有何区别？它有何特点？
19. 简述外延在半导体生产中的主要作用有哪些？
20. 叙述最常用的外延生长的化学原理？
21. 外延生长系统包括哪几个主要部份？加热炉的形状有哪几种，各有什么特点？
22. 画出四氯化硅汽化器的结构框图并说明其工作原理。
23. 说明在外延生长过程中如何适当的选择四氯化硅的浓度和外延生长温度？
24. 外延生长中的热扩散效应对外延质量有何影响？如何减小热扩散现象？
25. 什么是外延中的自掺杂效应？自掺杂的原因是什么？如何减小自掺杂现象？
微电子工艺习题答案(整理供参考)
第一章
1.集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源
器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块
半导体单晶片（如Si、GaAs）上，封装在一个外壳内，执行特定电
路或系统功能。集成电路发展的五个时代及晶体管数目：小规模集成
电路（小于100个）、中规模集成电路（100~999）、大规模集成电
路（1000~99999）、超大规模集成电路（超过10万）、甚大规模集
成电路（1000万左右）。2、硅片制备（Waferpreparation）、硅片制造（Waferfabrication）
硅片测试/拣选（Wafertest/sort）、装配与封装（Assemblyandpackaging）、终测（Finaltest）。
3、半导体发展方向：提高性能、提高可靠性、降低价格。
摩尔定律：硅集成电路按照4年为一代，每代的芯片集成度要翻
两番、工艺线宽约缩小30%，IC工作速度提高1.5倍等发展规律发
展。4、特征尺寸也叫关键尺寸，集成电路中半导体器件能够加工的最小
尺寸。5、moremoore定律：芯片特征尺寸的不断缩小。从几何学角度指的
是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺
寸的继续缩小，morethanmoore定律:指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D集成或精确的封装
级(SiP)或芯片级(SoC)转移。6、High-K：高介电系数；low-K:低介电系数；Fabless：无晶圆厂；
Fablite：轻晶片厂；IDM：IntegratedDeviceManufactory集成器件制
造商；Foundry:专业代工厂；Chipless:无晶片第二章
1、原因：更大直径硅片，更多的芯片，单个芯片成本减少；更大
直径硅片，硅片边缘芯片减小，成品率提高；提高设备的重复利用
率。
硅片尺寸变化：2寸（50mm）-4寸（100mm）-5寸（125mm）-6寸
芯片制造-半导体工艺教程
芯片制造-半导体工艺教程
芯片制造-半导体工艺教程
芯片制造-半导体工艺教程 Microchip Fabrication
----A Practical Guide to Semicondutor Processing
目录:
第一章:半导体工业
第二章:半导体材料和工艺化学品
第三章:晶圆制备
第四章:芯片制造概述
第五章:污染控制
第六章:工艺良品率
第七章:氧化
第八章:基本光刻工艺流程-从表面准备到曝光
第九章:基本光刻工艺流程-从曝光到最终检验
第十章:高级光刻工艺
第十一章:掺杂
第十二章:淀积
第十三章:金属淀积
第十四章:工艺和器件评估 第十五章:晶圆加工中的商务因素
第十六章:半导体器件和集成电路的形成
第十七章:集成电路的类型
第十八章:封装
附录:术语表
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芯片制造-半导体工艺教程
#1 第一章 半导体工业--1
芯片制造-半导体工艺教程 点击查看 章节目录 by r__ 概述
本章通过历史简介，在世界经济中的重要性以及纵览重大技术的发展和其成为世界领导工业的发展趋势来介绍半导体工业。并将按照产品类型介绍主要生产阶段和解释晶体管结构与集成度水平。
目的
完成本章后您将能够：
1. 描述分立器件和集成电路的区别。
2. 说明术语 D固态，‖ D平面工艺‖，DDN‖‖型和DP‖型半导体材料。 3. 列举出四个主要半导体工艺步骤。
4. 解释集成度和不同集成水平电路的工艺的含义。 5. 列举出半导体制造的主要工艺和器件发展趋势。 一个工业的诞生
电信号处理工业始于由Lee Deforest 在1906年发现的真空三极管。1真空三极管使得收音机, 电视和其它消费电子产品成为可能。它也是世界上第一台电子计算机的大脑，这台被称为电子数字集成器和计算器（ENIAC）的计算机于1947年在宾西法尼亚的摩尔工程学院进行首次演示。
集成电路制造工艺原理-《集成电路制造工艺原理》
《集成电路制造工艺原理》
课程教学
教
案
山东大学信息科学与工程学院
电子科学与技术教研室(微电)
张 新
课程总体介绍：
1．课程性质及开课时间：本课程为电子科学与技术专业（微电子技术方向和光电子技术方向）的专业选修课。本课程是半导体集成电路、晶体管原理与设计和光集成电路等课程的前修课程。本课程开课时间暂定在第五学期。
2．参考教材：《半导体器件工艺原理》 国防工业出版社
华中工学院、西北电讯工程学院合编
《半导体器件工艺原理》（上、下册）
国防工业出版社 成都电讯工程学院编著
《半导体器件工艺原理》上海科技出版社
《半导体器件制造工艺》上海科技出版社
《集成电路制造技术-原理与实践》
电子工业出版社
《超大规模集成电路技术基础》 电子工业出版社
《超大规模集成电路工艺原理-硅和砷化镓》
电子工业出版社
3． 目前实际教学学时数：课内课时54学时
4． 教学内容简介：本课程主要介绍了以硅外延平面工艺为基础的，与微电子技术相关的器件（硅器件）、集成电路（硅集成电路）的制造工艺原理和技术；介绍了与光电子技术相关的器件（发光器件和激光器件）、集成电路（光集成电路）的制造工艺原理，主要介绍了最典型的化合物半导体砷化镓材料以及与光器件和光集成电路制造相关的工艺原理和技术。
5． 教学课时安排：(按54学时)
课程介绍及绪论
微电子学概论
第一章 绪论
1. 1946年第一台计算机：ENIAC
2. 1947年12月23日第一个晶体管:巴丁、肖克莱、布拉顿
3. 集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能
4. 达默第一个提出集成电路的设想，1958年德克萨斯仪器公司基尔比研制除了第一块集成电路
5. 集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小 倍，这就是摩尔定律
6. 集成电路按器件结构类型分类：
a) 双极集成电路：主要由双极晶体管构成
a) NPN型双极集成电路
b) PNP型双极集成电路
b) 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成
1. NMOS
2. PMOS
3. CMOS(互补MOS)
c) 双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂
7. 按结构形式的分类：
单片集成电路：
a) 它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路
b) 在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅，除此之外还有GaAs等
混合集成电路：
c) 厚膜集成电路
d) 薄膜集成电路
8. 按电路功能分类：
数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路
模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路
线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等
非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路
数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等