第1章-集成电路工艺原理

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1、集成电路工艺原理於伟峰复旦大学微电子研究院2004.8第一章工艺概述§1.1器件的发展与工艺的关系§1.2硅外延平面晶体管制造工艺§1.3硅集成电路制造工艺2第一章工艺概述第一章工艺概述§1.1IC的发展与工艺技术的关系vIC的发明是1947年晶体管发明的逻辑性的必然，是固体电子学和数字化技术发展的重要里程碑；v1947年美国贝尔电话实验室的J.Bardeen和W.Brattain两位科学家发明了半导体锗点接触晶体管；W.Shockley成功地解释了晶体管的工作原理；为此，三者共享了1956年的诺贝尔物理奖；31947.12,23闻世的第一个点接触晶体管41958年9月12日,美国德

2、克萨斯仪器公司(TI)半导体实验室J.Kilby展示第一快集成电路相移振荡器电路基片—锗元件数—十几个空气隔离,台面晶体管,T、R、C间由细导线焊接互连被命名为:固态电路56vIC由这样一个发明原形成长为今天现代经济的主要支柱产业,成为近半个世纪来发展最快、影响最深远的技术之一；v40几年来，IC技术经历了持续、迅速和不断创v新的独特的发展道路；一1958–1967：IC发明和基本器件制造技术形成的初創时期Ø1958–1959，Bell实验室等发展了：1，硅氧化层的热生长技术（Atalla)2，pn结隔离技术(k.Levovec)3，铝薄膜蒸发技术Ø1959年，仙童公司（Fairch

3、ildCo.)J.Hoerni发明了制造晶体管的平面工艺7Ø同年，仙童公司的R.Noyce提出了利用平面工艺的微芯片(Microchip)集成电路技术，从而，为集成电路大批量生产开辟了道路。为此,J.Kilby和R.Noyce被公认为IC的共同发明人。8Ø1962年研制成功pmos(仙童)和nmos晶体管(RCA);Ø1963年发明了cmos晶体管(仙童);Ø这一时期较成熟的产品还是双极型IC，主流产品为中小规模IC；Ø代表性企业：TI和FairchildCo.9Ø二1968–1977：半导体器件制造技术走向成熟的大规模IC发展时期Ø氧化、扩散、外延、和光刻等IC基本工艺和材料制备技

4、术不断完善和改进；Ø围绕提高IC集成度、速度和其他性能，发展了三项新技术：1，离子注入掺杂2，多晶硅栅3，硅局部氧化(LOCOS)Ø适于微型化的自对准MOSIC结构和工艺开始得到应用；MOSIC制造技术趋于成熟，PMOS、NMOS大规模IC相继得到迅速发展；10Ø工艺技术进步导致产品更新换代，成为今天支柱产品的半导体存储器和微处理器芯片开始发展；Ø1969年研制成功双极型存储器后，相继出现了适于高容量集成的动态随机存储器（DRAM)；Ø1968年,R.Noyce、G.Moore和A.Grove脱离FairchildCo.创立IntelCo.在这一时期初露锋芒，并于1971年，研制成功

5、微处理器；在这时期，生产方式发生重大变化，由实验室作坊式，逐渐转变成高度集中的大生产；111213Ø三1978–1987：大规模集成电路技术急剧发展的时期Ø工艺、材料、设计和测试技术全面进步，促使VLSI成为半导体器件的主导产品。适应VLSI要求：1，工艺：（1）电子束制版；（2）分步重复曝光光刻技术（Stepper)开始广泛应用—精度显著提高；（3）磁控溅射代替蒸发—金属膜淀积手段；（4）CVD和RIE不断创新；2，材料：由Φ75发展到Φ100、125和150mm；3，设计和测试：CAD和CAT技术得到普遍使用；14ØDRAM等半导体存储器的集成度和生产规模越来越大，成为当时市场、

6、技术竞争的标志；Ø日本NEC迅速崛起，占有存储器大部分市场令人震惊；ØPC机出现，使微处理器芯片设计和生产技术得到迅速发展，Intel退出存储器竞争，专攻微处理器；Ø70年代末，80年代初作为主流的NMOS–VLSI技术逐步让位于功耗显著减小的CMOS技术—这时期技术发展的特点之一15Ø四1988－2007，IC技术和应用都突飞猛进的辉煌发展时期Ø微细加工技术不断突破，进入亚微米、深亚微米领域；整个系统集成在芯片（SOC）上的超大规模集成电路（SLSI）技术得到迅速发展；1，光刻技术的突破，应用深紫外激光光源系统已能制造0.25、0.15甚至0.09μm的深亚微米IC；2，多层布线等

7、一系列亚微米、深亚微米器件配套的技术、设备、材料得到应用。例如，铜布线和Low-K互连技术、High-K栅介质、SOI薄膜CMOS以及异质结结构类型的Si-CMOS技术等；ØCMOS成为占压倒优势的IC器件，占有率达75%以上;16Ø以微处理器、存储器和专用IC(ASIC)为主要产品的半导体产业迅速增大;Ø微处理器芯片技术的先锋—IntelCo.跃为世界第一大半导体公司;Ø年销售额已超1500亿USD，对世界经济发展具有举足轻重的影响;171819§1.2