芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程

芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程MicrochipFabricationAPracticalGuidetoSemicondutorProcessing目錄:第一章:半導(dǎo)體工業(yè)第二章:半導(dǎo)體材料和工藝化學(xué)品第三章:晶圓制備第四章:芯片制造概述第五章:污染控制第六章:工藝良品率第七章:氧化第八章:基本光刻工藝流程-從表面準(zhǔn)備到曝光第九章:基本光刻工藝流程-從曝光到最終檢驗第十章:高級光刻工藝第十一章:摻雜第十二章:淀積第十三章:金屬淀積第十四章:工藝和器件評估第十五章:晶圓加工中的商務(wù)因素第十六章:半導(dǎo)體器件和集成電路的形成第十七章:集成電路的類型第十八章:封裝附錄:術(shù)語表1芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程#1第一章半導(dǎo)體工業(yè)--1芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程點擊查看章節(jié)目錄byr__概述本章通過歷史簡介，在世界經(jīng)濟(jì)中的重要性以及縱覽重大技術(shù)的發(fā)展和其成為世界領(lǐng)導(dǎo)工業(yè)的發(fā)展趨勢來介紹半導(dǎo)體工業(yè)。并將按照產(chǎn)品類型介紹主要生產(chǎn)階段和解釋晶體管結(jié)構(gòu)與集成度水平。目的完成本章后您將能夠：1.描述分立器件和集成電路的區(qū)別。2.說明術(shù)語D固態(tài)，||D平面工藝||,DDN||||型和DP||型半導(dǎo)體材料。3.列舉出四個主要半導(dǎo)體工藝步驟。4.解釋集成度和不同集成水平電路的工藝的含義。5.列舉出半導(dǎo)體制造的主要工藝和器件發(fā)展趨勢。一個工業(yè)的誕生電信號處理工業(yè)始于由LeeDeforest在1906年發(fā)現(xiàn)的真空三極管。1真空三極管使得收音機,電視和其它消費電子產(chǎn)品成為可能。它也是世界上第一臺電子計算機的大腦，這臺被稱為電子數(shù)字集成器和計算器（ENIAC）的計算機于1947年在賓西法尼亞的摩爾工程學(xué)院進(jìn)行首次演示。這臺電子計算機和現(xiàn)代的計算機大相徑庭。它占據(jù)約1500平方英尺，重30噸，工作時產(chǎn)生大量的熱，并需要一個小型發(fā)電站來供電，花費了1940年時的400,000美元。ENIAC的制造用了__個真空管和數(shù)千個電阻及電容器。真空管有三個元件，由一個柵極和兩個被其柵極分開的電極在玻璃密封的空間中構(gòu)成（圖1.2）。密封空間內(nèi)部為真空，以防止元件燒毀并易于電子的====移動。真空管有兩個重要的電子功能，開關(guān)和放大。開關(guān)是指電子器件可接通和切斷電流；放大則較為復(fù)雜，它是指電子器件可把接收到的信號放大，并保持信號原有特征的功能。真空管有一系列的缺點。體積大，連接處易于變松導(dǎo)致真空泄漏、易碎、要求相對較多的電能來運行，并且元件老化很快。ENIAC和其它基于真空管的計算機的主要缺點是由于真空管的燒毀而導(dǎo)致運行時間有限。這些問題成為許多實驗室尋找真空管替代品的動力，這個努力在1947年12月23曰得以實現(xiàn)。貝爾實驗室的三位科學(xué)家演示了由半導(dǎo)體材料鍺制成的電子放大器。2芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程這種器件不但有真空管的功能，而且具有固態(tài)（無真空）、體積小、重量輕,、耗電低并且壽命長的優(yōu)點，起初命名為D傳輸電阻器||而后很快更名為晶體管（transistor）。JohnBarden,WalterBrattin和WilliamShockley,這三位科學(xué)家因他們的這一發(fā)明而被授予1956年的諾貝爾物理獎。固態(tài)時代第一個晶體管和今天的高密度集成電路相去甚遠(yuǎn)，但它和它的許多著名的后裔賦予了固態(tài)電子時代的誕生。除晶體管之外,固態(tài)技術(shù)還用于制造二極管、電阻器和電容器。二極管為兩個元件的器件在電路中起到開關(guān)的作用；電阻器是單元件的器件承擔(dān)限制電流的作用.；電容器為兩個元件的器件在電路中起存儲電荷的作用，在有些電路中應(yīng)用這種技術(shù)制造保險絲。有關(guān)這些概念和器件工作原理的解釋請參見第14章。這些每個芯片中只含有一個器件的器件稱為分立器件（圖1.4）。大多數(shù)的分立器件在功能和制造上比集成電路有較少的要求。大體上，分立器件不被認(rèn)為是尖端產(chǎn)品，然而它們卻用于最精密復(fù)雜的電子系統(tǒng)中。在1998年它們的銷售額占全部半導(dǎo)體器件銷售額的12%。2到20世紀(jì)50年代的早期半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)入了一個非?；钴S的時期，為晶體管收音機和晶體管計算機提供器件。集成電路分立器件的統(tǒng)治地位在1959年走到了盡頭。那一年，在得州儀器公司工作的新工程師JackyKilby在一塊鍺半導(dǎo)體材料上制成了一個完整的電路。他的發(fā)明由幾個晶體管、二極管、電容器和利用鍺芯片天然電阻的電阻器組成。這個發(fā)明就是集成電路(integratedcircuit),第一次成功地在一塊半導(dǎo)體基材上做出完整的電路。Kilby的電路并不是現(xiàn)今所普遍應(yīng)用的形式，它是經(jīng)RobertNoyce，然后最終在FairchildCamera完成的。圖1.5是Kilby的電路，我們可以注意到器件是用單獨的線連接起來的。早些時候在FairchildCamera的JeanHorni就已經(jīng)開發(fā)出一種在芯片表面上形成電子結(jié)來制做晶體管的平面制作工藝(圖1.6)。平面形式是利用了硅易于形成氧化硅并且為非導(dǎo)體(電絕緣體)的優(yōu)點。Horni的晶體管使用了鋁蒸汽鍍膜并使之形成適當(dāng)?shù)男螤顏碜髌骷倪B線，這種技術(shù)稱為平面技術(shù)(planartechnology)。Horni應(yīng)用這種技術(shù)把預(yù)先在硅表面上形成的器件連接起來Kilby和Horni的集成電路成為所有集成電路的模式，這種技術(shù)不僅符合當(dāng)時的需要，而且也是小型化和推動工業(yè)發(fā)展的生產(chǎn)有效成本制造業(yè)的根源。Kilby和Horni共同享有集成電路的專利。圖1.5Kibly書中記載的集成電路工藝和產(chǎn)品趨勢3芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程從1947年開始，半導(dǎo)體工業(yè)就已經(jīng)呈現(xiàn)出在新工藝和工藝提高上的持續(xù)發(fā)展。工藝的提高導(dǎo)致了具有更高集成度和可靠性的集成電路的產(chǎn)生，從而推動了電子工業(yè)的革命。這些工藝的改進(jìn)歸為兩大類：工藝和結(jié)構(gòu)。工藝的改進(jìn)是指以更小尺寸來制造器件和電路，并使之具有有更高的密度，更多數(shù)量和更高的可靠性。結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是指新器件設(shè)計上的發(fā)明使電路的性能更好，實現(xiàn)更佳的能耗控制和更高的可靠性。集成電路中器件的尺寸和數(shù)量是IC發(fā)展的兩個共同標(biāo)志。器件的尺寸是以設(shè)計中最小尺寸來表示的，叫做特征圖形尺寸,通常用微米來表示。一微米為1/10,000厘米或約為人頭發(fā)的1/100。英特爾公司的創(chuàng)始人之一GordonMoore在1964年預(yù)言集成電路的密度會每十八個月翻一番，這個預(yù)言后來成為著名的摩爾定律并被證明十分準(zhǔn)確（圖1.7）。集成度水平表示電路的密度，也就是電路中器件的數(shù)量。集成度水平（integrationlevel）（圖1.8）的范圍從小規(guī)模集成（SSI）到超大規(guī)模（ULSI）集成電路，ULSI集成電路有時稱為甚大規(guī)模集成電路（VVLSI）.大眾刊物上稱最新的產(chǎn)品為百萬芯片（megachips）。除集成規(guī)模外，存儲器電路還由其存儲比特的數(shù)量來衡量（一個4兆的存儲器可存儲四百萬比特），邏輯電路的規(guī)模經(jīng)常用柵極（柵極是邏輯電路中基本的功能元件）的數(shù)量來評價。#1第一章半導(dǎo)體工業(yè)―2Quote:4芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程芯片制造-半導(dǎo)體工藝教程點擊查看章節(jié)目錄特征圖形尺寸的減小byr__從小規(guī)模集成電路發(fā)展到今天的百萬芯片，其中單個元件特征圖形尺寸的減小起了重要的推動作用。這得益于光刻和多層連線技術(shù)的極大提高。圖1.9為二十五年中實際和預(yù)期的特征圖形尺寸的情況。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會（SIA）預(yù)期到2022年特征圖形尺寸會減小至50納米（0.05微米）。3元件尺寸的減小所帶來的好處是電路密度的增加。我們可以用一個家庭住宅區(qū)的布局做個比喻來解釋這個發(fā)展趨勢。住宅區(qū)的密度就取決于房屋大小,占地大小和街道寬度如果要居住更多的人口，我們可以增加住宅區(qū)的面積（增加芯片區(qū)域），另一種可能則是減小單個房屋的尺寸并使它們占地較小。我們也可以用減小街道大小的辦法來增加密度，然而,到一定程度時街道就不能再被減小了，或是就不夠汽車通行的寬度了，而要保持房子的可居住性，房屋也不能無限制地減小，此時一個辦法就是用公寓樓來取代單個房屋。所有的這些辦法都應(yīng)用在了半導(dǎo)體技術(shù)中。特征尺寸的減小和電路密度的增大帶來了很多益處。在電路的性能方面是電路速度的提高，傳輸距離的縮短和單個器件所占空間的減小使得信息通過芯片時所用的時間縮短，這種更快的性能使那些曾經(jīng)等待計算機來完成一個簡單工作的人受益非淺。電路密度的提高還使芯片或電路耗電量更小，要小型電站來維持運行的ENIAC已被靠使用電池的功能強大的便攜式電腦所取代。芯片和晶圓尺寸的增大芯片密度從SSI發(fā)展到ULSI的進(jìn)步推動了更大尺寸芯片的開發(fā)。分立器件和SSI芯片邊長平均約為100mils（0.1英寸），而ULSI芯片每邊長為500mils（0.5英寸）或更大。IC是在稱為晶圓（wafer）的薄硅片（或其它半導(dǎo)體材料薄片）上制造成的。在圓形的晶圓上制造方形或長方形的芯片導(dǎo)致在晶圓的邊緣處剩余下一些不可使用的區(qū)域，當(dāng)芯片的尺寸增大時這些不可使用的區(qū)域也隨之增大。為了彌補這種損失，半導(dǎo)體業(yè)界采用了更大尺寸的晶圓。隨著芯片的尺寸增大,1