电子科大微电子工艺(第九章)工艺集成介绍
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1、分立器件和集成电路区别分立元件:每个芯片只具有一种器件;集成电路:每个芯片具有各种元件。
2、平面工艺特点平面工艺是由Hoerni于1960年提出。
在这项技术中,整个半导体表面先形成一层氧化层,再借助平板印刷技术,通过刻蚀去除某些氧化层,从而形成一种窗口。
P-N结形成办法:①合金结办法A、接触加热:将一种p型小球放在一种n型半导体上,加热到小球熔融。
B、冷却:p型小球以合金形式掺入半导体底片,冷却后,小球下面形成一种再分布结晶区,这样就得到了一种pn结。
合金结缺陷:不能精确控制pn结位置。
②生长结办法半导体单晶是由掺有某种杂质(例如P型)半导体熔液中生长出来。
生长结缺陷:不适当大批量生产。
扩散结形成方式与合金结相似点:表面表露在高浓度相反类型杂质源之中与合金结区别点:不发生相变,杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部扩散结长处扩散结结深可以精准控制。
平面工艺制作二极管基本流程:衬底制备——氧化——一次光刻(刻扩散窗口)——硼预沉积——硼再沉积——二次光刻(刻引线孔)——蒸铝——三次光刻(反刻铝电极)——P-N结特性测试3、微电子工艺特点高技术含量设备先进、技术先进。
高精度光刻图形最小线条尺寸在亚微米量级,制备介质薄膜厚度也在纳米量级,而精度更在上述尺度之上。
超纯指工艺材料方面,如衬底材料Si、Ge单晶纯度达11个9。
超净环境、操作者、工艺三个方面超净,如 VLSI在100级超净室10级超净台中制作。
大批量、低成本图形转移技术使之得以实现。
高温多数核心工艺是在高温下实现,如:热氧化、扩散、退火。
4、芯片制造四个阶段固态器件制造分为4个大阶段(粗线条):①材料制备②晶体生长/晶圆准备③晶圆制造、芯片生成④封装晶圆制备:(1)获取多晶(2)晶体生长----制备出单晶,包括可以掺杂(元素掺杂和母金掺杂)(3)硅片制备----制备出空白硅片硅片制备工艺流程(从晶棒到空白硅片):晶体准备(直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查)→切片→研磨→化学机械抛光(CMP)→背解决→双面抛光→边沿倒角→抛光→检查→氧化或外延工艺→打包封装芯片制造基本工艺增层——光刻——掺杂——热解决5、high-k技术High—K技术是在集成电路上使用高介电常数材料技术,重要用于减少金属化物半导体(MOS)晶体管栅极泄漏电流问题。
微电子工艺微电子工艺引论硅片、芯片的概念硅片:制造电子器件的基本半导体材料硅的圆形单晶薄片芯片:由硅片生产的半导体产品*什么是微电子工艺技术?微电子工艺技术主要包括哪些技术?微电子工艺技术:在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术主要包括:超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术等集成电路制造涉及的五个大的制造阶段的内容硅片制备:将硅从沙中提炼并纯化、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭、将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片芯片制造:硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤,一整套集成电路永久刻蚀在硅片上芯片测试/拣选:对单个芯片进行探测和电学测试,挑选出可接受和不可接受的芯片、为有缺陷的芯片做标记、通过测试的芯片将继续进行以后的步骤装配与封装:对硅片背面进行研磨以减少衬底的厚度、将一片厚的塑料膜贴在硅片背面、在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将硅片上的芯片分开、在装配厂,好的芯片被压焊或抽空形成装配包、将芯片密封在塑料或陶瓷壳内终测:为确保芯片的功能,对每一个被封装的集成电路进行电学和环境特性参数的测试IC工艺前工序、IC工艺后工序、以及IC工艺辅助工序IC工艺前工序:(1)薄膜制备技术:主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发) 等(2)掺杂技术:主要包括扩散和离子注入等技术(3)图形转换技术:主要包括光刻、刻蚀等技术IC工艺后工序:划片、封装、测试、老化、筛选IC工艺辅助工序: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微芯片技术发展的主要趋势提高芯片性能(速度、功耗)、提高芯片可靠性(低失效)、降低芯片成本(减小特征尺寸,增加硅片面积,制造规模)什么是关键尺寸(CD)?芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸,特别是硅片上的最小特征尺寸,也称为关键尺寸或CD半导体材料本征半导体和非本征半导体的区别是什么?本征半导体:不含任何杂质的纯净半导体,其纯度在99.999999%(8~10个9)为何硅被选为最主要的半导体材料?a) 硅的丰裕度——制造成本低b) 熔点高(1412 OC)——更宽的工艺限度和工作温度范围c) SiO2的天然生成GaAs相对Si的优点和缺点是什么?优点:a) 比硅更高的电子迁移率,高频微波信号响应好——无线和高速数字通信b) 抗辐射能力强——军事和空间应用c) 电阻率大——器件隔离容易实现主要缺点:a) 没有稳定的起钝化保护作用的自然氧化层b) 晶体缺陷比硅高几个数量级c) 成本高圆片的制备两种基本的单晶硅生长方法。