半导体制程概论01

HongXiao,Ph.D.半導體製程技術導論Chapter1導論HongXiao,[e-mail],Ph.D.目標讀完本章之後，你應該能夠：•熟悉半導體相關術語的使用•描述基本的積體電路製造流程•簡明的解釋每一個製程步驟•半導體製程與你的工作或產品有相關性的連結HongXiao,Ph.D.主題•簡介•積體電路元件和設計•半導體製程•未來的走向HongXiao,Ph.D.簡介•第一個電晶體,AT&T貝爾實驗室,1947•第一個單晶鍺,1952•第一個單晶矽,1954•第一個積體電路元件,德州儀器,1958•第一個矽積體電路晶片,費爾查德照相機公司,1961HongXiao,Ph.D.第一個電晶體,貝爾實驗室,1947照片提供:AT&T檔案財產，授權同意本書翻印使用HongXiao,Ph.D.約翰‧巴定，威廉‧肖克萊和華特‧布萊登照片提供:LucentTechnologiesInc.第一個電晶體的發明者HongXiao,Ph.D.年德州儀器的傑克、克畢製造出的第一個積體電路晶片(棒)照片提供:德州儀器HongXiao,Ph.D.年費爾查德攝影機公司在矽晶圓上製出的第一個積體電路照片提供:FairchildSemiconductorInternationalHongXiao,Ph.D.摩爾定律•1964年哥登‧摩爾(英特爾公司的共同創始人之一)•價格不變之下，電腦晶片上的元件數目，幾乎每12個月就增加一倍•1980年代減緩至每18個月•到目前仍屬正確，預期可以維持到2010年HongXiao,Ph.D.摩爾定律(英特爾版本)Transistors10K100K1M10M19751980198519901995404080808086802868038680486PentiumPentiumIII1K2000HongXiao,Ph.D.的尺度---積體電路晶片的積體化層級積體化層級縮寫晶片內的元件數目小型積體電路(SmallScaleIntegration)SSI2~50中型積體電路(MediumScaleIntegration)MSI50~5,000大型積體電路(LargeScaleIntegration)LSI5,000~100,000極大型積體電路(VeryLargeScaleIntegration)VLSI100,000~10,000,000超大型積體電路(UltraLargeScaleIntegration)ULSI10,000,000~1,000,000,000特大型積體電路(SuperLargeScaleIntegration)SLSI超過1,000,000,000HongXiao,Ph.D.整體的半導體工業道路圖199519971999200120042007最小圖形尺寸(mm)0.350.250.150.130.100.07DRAM位元數/晶片位元的單位成本(千分之一美分)64M256M1G4G16G64G0.0170.0070.0030.0010.00050.0002微處理器電晶體數目/cm2電晶體的單位成本(千分之一美分)4M7M13M25M50M90M10.50.20.10.050.02ASIC電晶體數目/cm2電晶體的單位成本(千分之一美分)2M4M7M13M25M40M0.30.10.050.030.020.01晶圓尺寸(mm)200200200~300300300300~400HongXiao,Ph.D.晶片尺寸與晶圓尺寸的相對性展示以0.35微米技術製造的晶粒以0.25微米技術以0.18微米技術300mm200mm150mm晶片或晶粒HongXiao,Ph.D.年NEC製造最小的電晶體超淺接面下匣極上匣極源極汲極介電質n+n+P型晶片小於0.014微米匣極的寬度照片提供:NECCorporationHongXiao,Ph.D.幾何上的限制原子的大小HongXiao,Ph.D.元件的限制•原子大小：數個埃(Å)•形成一個元件需要一些原子•一般最後的限制在100Å或0.01微米•大概30個矽原子HongXiao,Ph.D.設計:第一顆IC照片提供:德州儀器HongXiao,Ph.D.設計:CMOS反相器第一層金屬,AlCuP型壘晶層iP型晶源N型井區P型井區PMDp+p+n+n+W第一層金屬ContactP型井區N型井區多晶矽匣極和局部連線N-通道元件區N-通道VtN-通道LDDN-通道S/DP-通道元件區P-通道VtP-通道LDDP-通道S/D淺溝絕緣槽(STI)VssVddNMOSPMOSVinVoutSTI(a)(b)(c)HongXiao,Ph.D.反相器佈局圖光罩1,N型井區光罩2,P型井區光罩3,淺溝絕緣槽光罩4,7,9,N-Vt,LDD,S/D光罩5,8,10,P-Vt,LDD,S/D光罩6,匣極/局佈連線光罩11,接觸窗光罩12,第一層金屬CMOS反相器的佈局圖和光罩HongXiao,Ph.D.石英基板鉻金屬圖案薄膠膜相位移塗佈物相位移光罩展示圖(光罩/倍縮光罩)HongXiao,Ph.D.光罩和倍縮光罩圖片提供:SGSThompsonHongXiao,Ph.D.晶圓製程材料設計光罩無塵室生產廠房測試封裝最後測試加熱製程微影製程離子佈植與光阻剝除金屬化化學機械研磨介電質沉積晶圓蝕刻與光阻剝除