第一章 微納加工技術(shù)發(fā)展概述

微納加工技術(shù)原理第一章微納加工技術(shù)開展概述1編輯ppt主要內(nèi)容1.11.21.3本課程的主要內(nèi)容集成電路的開展MEMS技術(shù)簡介1.4蘇州納米區(qū)簡介2編輯ppt3編輯ppt1.1課程的主要內(nèi)容第一章微納加工技術(shù)開展概述第二章CMOS工藝流程第三章潔凈室、晶圓片清洗與吸雜處理第四章光刻第五章薄膜淀積第六章刻蝕第七章熱氧化和Si-SiO2界面第八章離子注入第九章擴散〔已學〕第十章后端工藝第十一章未來趨勢與挑戰(zhàn)4編輯ppt教材唐天同，王兆宏西安交通大學電子工業(yè)出版社，20215編輯ppt教材(美)JamesD.Plummer,MichaelD.Deal,PeterB.Griffin著,

2005，電子工業(yè)出版社6編輯ppt分數(shù)比例作業(yè)15%考勤15%實驗20%考試50%7編輯ppt1.2集成電路工藝的開展1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項關(guān)鍵創(chuàng)造1.2.3半導體器件1.2.1集成電路工藝的開展歷程8編輯ppt?

1959

and

1990

integrated

circuits.?

Progress

due

to:

-

Feature

size(特征尺寸)

reduction13%

years

(Moore’s

Law).

-

Increasing

chip

size(芯片尺寸)

≈

16%

per

year.1.2.1集成電路工藝的開展歷程Evolution

of

IntegratedCircuits

Fabrication特征尺寸：工藝制造中晶圓片外表能刻印出圖形的最小尺寸。9編輯pptOnApril19,1965ElectronicsMagazinepublishedapaperbyGordonMooreinwhichhemadeapredictionaboutthesemiconductorindustrythathasbecomethestuffoflegend.“Thenumberoftransistorsincorporatedinachipwillapproximatelydoubleevery24months.〞KnownasMoore'sLaw,hispredictionhasenabledwidespreadproliferationoftechnologyworldwide,andtodayhasbecomeshorthandforrapidtechnologicalchange. Moore’s

Law10億10編輯pptGordonMoore：Intel創(chuàng)始人://intel/pressroom/kits/events/moores_law_40th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit11編輯ppt?Theeraof“easy〞scalingisover.Wearenowinaperiodwhere technologyanddeviceinnovationsarerequired.Beyond2021,new currentlyunknowninventionswillberequired.IC最小特征尺寸的開展歷史及規(guī)劃Device

Scaling

Over

Time12編輯ppt?1990IBMdemoof?scale“l(fā)ithography〞.?Technologyappearstobecapableofmakingstructuresmuchsmallerthancurrentlyknowndevicelimits. ITRSat:///ITRS硅技術(shù)開展規(guī)劃13編輯pptITRS—InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors:///預言硅主導的IC技術(shù)藍圖由歐洲電子器件制造協(xié)會〔EECA〕、歐洲半導體工業(yè)協(xié)會〔ESIA〕、日本電子和信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會〔JEITA〕、韓國半導體工業(yè)協(xié)會〔KSIA〕、臺灣半導體工業(yè)協(xié)會〔TSIA〕和半導體工業(yè)協(xié)會〔SIA〕合作完成。器件尺寸下降，芯片尺寸增加互連層數(shù)增加掩膜版數(shù)量增加工作電壓下降:///instruct/bachelor/jpkc/jcdlgy/supplement/2021ExecSum.pdf14編輯pptAdvantagesandChallengesAssociatedwiththeIntroductionof450mmWafers:ApositionpaperreportsubmittedbytheITRSStartingMaterialsSub-TWG,June2005.:///papers.htmlLinewidth

vs.

Fab

Cost15編輯ppt1.2.2促成集成電路產(chǎn)生的幾項關(guān)鍵創(chuàng)造?

Invention

of

the

bipolartransistor(點接觸晶體管)-

1947,

Bell

Labs.W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain1956年諾貝爾物理獎點接觸晶體管：基片是N型鍺，發(fā)射極和集電極是兩根金屬絲。這兩根金屬絲尖端很細，靠得很近地壓在基片上。金屬絲間的距離：~50μm16編輯ppt17編輯ppt1948年W.Shockley提出結(jié)型晶體管概念1950年第一只NPN結(jié)型晶體管18編輯ppt?Grownjunctiontransistortechnology〔生長結(jié)技術(shù)〕ofthe1950s結(jié)型晶體管的制備Ge19編輯ppt?Alloyjunctiontechnology〔合金結(jié)技術(shù)〕ofthe1950s.?

Double

diffused

transistortechnology(氣相源擴散工藝，1956福勒和賴斯)in1957，Bell

Labs.PN結(jié)裸露在外面加熱Ge高溫爐Si腐蝕形成臺面結(jié)構(gòu)20編輯ppt1955年，IBM608，3000多個鍺晶體管，重約1090kg第一個商用晶體管計算機21編輯ppt1958年Jack·Kilby創(chuàng)造的世界上第一塊基于鍺的集成電路，德州儀器相移振蕩器簡易集成電路專利號：No.31838743，批準時間1964.6.2622編輯ppt?

The

planar

process

(Hoerni

-

Fairchild仙童公司,

late

1950s).?First“passivated(鈍化)〞junctions.平面工藝

planar

process?

平面工藝：二氧化硅屏蔽的擴散技術(shù)光刻技術(shù)JeanHoerni23編輯ppt?

Basic

lithography

process–––Apply

photoresistPatterned

exposureRemove

photoresist

regions––Etch

waferStrip

remaining

photoresist光刻

Photolithography24編輯pptRobertNoyce與他創(chuàng)造的集成電路專利號：No.2981877，批準時間1961.4.2625編輯ppt簡短回憶：一項基于科學的偉大創(chuàng)造Bardeen,Brattain,Shockley,FirstGe-basedbipolartransistorinvented1947,BellLabs.NobelprizeKilby(TI)&Noyce(Fairchild),Inventionofintegratedcircuits1959,NobelprizeAtalla,FirstSi-basedMOSFETinvented1960,BellLabs.Planartechnology,JeanHoerni,1960,FairchildFirstCMOScircuitinvented1963,Fairchild“Moore’slaw〞coined1965,FairchildDennard,scalingrulepresented1974,IBMFirstSitechnologyroadmappublished1994,USA26編輯ppt根本器件BJT：模擬電路及高速驅(qū)動MOS器件：高密度、更低功耗、更大的設計靈活性

NMOS,PMOS,CMOS20世紀70年代1.2.3

半導體器件PN結(jié):27編輯pptBECppn+n-p+p+n+n+BJT28編輯pptGateSourceDrain襯底SubstrateMOS:金屬-氧化物-半導體NMOS柵極：開關(guān)作用，取決于電壓大小。N+：提供電子，提高開關(guān)時間。絕緣層防止Na+、K+干擾。溝道為P型。29編輯pptn+n+p+p+G端為高電平時導通G端為低電平時導通30編輯ppt反向器輸入：高電平，相當于1，輸出0輸入：低電平，相當于0，輸出1沒有形成回路，功耗低31編輯pptCMOSCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor):PMOS管和NMOS管互補共同構(gòu)成的MOS集成電路。32編輯ppt?

Metal

Planarizationrequired

for

multiplemetal

layers––––––Metal

DepositionPatterningFill

DielectricPlanarizationContact

viasContact

DepositionMultiple

Metal

Layers33編輯ppt?ICsarewidelyregardedasoneofthekeycomponentsoftheinformationage.?Basicinventionsbetween1945and1970laidthefoundationfortoday‘ssiliconindustry.?Formorethan40years,"Moore'sLaw"(adoublingofchipcomplexityevery2-3years)hasheldtrue.?CMOShasbecomethedominantcircuittechnologybecauseofitslowDC poweronsumption,highperformanceandflexibledesignoptions.Future projectionssuggestthesetrendswillcontinueatleast15moreyears.?Silicontechnologyhasbecomeabasic“toolset〞formanyareasofscienceand engineering.?Computersimulationtoolshavebeenwidelyusedfordevice,circuitandsystem designformanyyears.CADtoolsarenowbeingusedfortechnologydesign.?Chapter1alsocontainssomereviewinformationonsemiconductormaterials semiconductordevices.Thesetopicswillbeusefulinlaterchaptersofthetext.Summary

of

Key

Ideas34編輯pptRichard

Feynman,1959“There’sPlentyofRoomattheBottom〞35

一根頭發(fā)=100微米=100000納米1.3MEMS技術(shù)簡介編輯pptMEMS系統(tǒng)的定義MICRO-ELECTRO-MECHANICALSYSTEMS，集物理、化學和生物的傳感器、執(zhí)行器與信息處理和存儲為一體的微型集成系統(tǒng)。3636編輯ppt(Tai,

Fan

&

Muller)19701980

HNA1960EDP

Pressure

Sensor

(Honeywell)Anodic

BondingKOHSi

PressureSensor(Motorola)MEMS的歷史

Si

as

a

mechanical

material

(Petersen)SFB

TMAH

1990Thermo-pneumatic

valve

(Redwood)

SFB

Pressure

Sensor

(NovaSensor)

DRIE

!!XeF2/BrF3

2,000process

(US

Patent)

1950RGT

(Nathanson

et

al)Metal

Light

Valve

(RCA)

ADXLAccelerometerPolySi

Micromotor

IR

imager

(Honeywell)

PolySi

Comb

Drive

(Tang,

Howe)

LIGAPolySi

beams(Howe,

Muller)

BJT

TransistorMetal

sacrificialIC

Optical

MEMS

RF

MEMS

Si

Gyro

(Draper)DMD

(TI)Bio

MEMS3737編輯ppt1987198719871987Berkeley:

Micromotor戴聿昌

MEMS

becomes

the

name

in

U.S.Analog

Devices

begins

accelerometer

projectFirst

MEMS

Conference,

IEEE

MEMS

First

Eurosensors

conference,

EuropeThe

motors

stimulating

major

interest

in

WORLD！

1987年，MEMS的里程碑3838編輯ppt1994年，DRIE技術(shù)問世

1994

DRIE專利申請MEMS進入體硅加工時代

3939編輯pptMEMS的產(chǎn)學研圖譜4040編輯ppt全球汽車MEMS傳感器的銷售額將在2021年增長16%，到達23.1億美元。41編輯ppt燈光調(diào)節(jié)，剎車系統(tǒng)……汽車上的MEMS加速度計一輛高端的汽車會有上百個傳感器，包括30~50個MEMS傳感器。 平安氣囊 高g值加速度計，約80%汽車 側(cè)翻保護 低g值加速度計 車輛動態(tài)控制〔ESP〕 低g值加速度計、陀螺儀和組合 慣性模塊用于車身電子穩(wěn)定系統(tǒng) TPMS輪胎壓力實時監(jiān)視系統(tǒng) 發(fā)動機機油壓力傳感器 剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器 發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器

柴油機共軌壓力傳感器42編輯ppt不同汽車種類的MEMS需求43編輯ppt加速度計和陀螺儀的應用分布44編輯ppt美新趙陽編輯ppt46編輯ppt和平板電腦中的運動傳感器將是未來5年內(nèi)熱門技術(shù)中的熱門蘋果引爆MEMS傳感器應用熱潮

融合IMU擴大應用領(lǐng)域47編輯ppt…… 智能中的MEMS器件智能中的MEMS加速度計 導航 自由落體檢測 傾斜控制