第一章-微纳加工技术发展概述教案资料.ppt

第一章 微纳加工技术发展概述主要内容主要内容1.11.21.3本课程的主要内容本课程的主要内容集成电路的发展集成电路的发展MEMS技术简介技术简介1.4苏州纳米区简介苏州纳米区简介231.1 课程的主要内容课程的主要内容第一章第一章 微纳加工技术发展概述微纳加工技术发展概述第二章第二章 CMOS工艺流程工艺流程第三章第三章 洁净室、晶圆片清洗与吸杂处理洁净室、晶圆片清洗与吸杂处理第四章第四章 光刻光刻 第五章第五章 薄膜淀积薄膜淀积第六章第六章 刻蚀刻蚀第七章第七章 热氧化和热氧化和Si-SiO2界面界面第八章第八章 离子注入离子注入第九章第九章 扩散（已学）扩散（已学）第十章第十章 后端工艺后端工艺第十一章第十一章 未来趋势与挑战未来趋势与挑战4教材教材作者：唐天同，王兆宏作者：唐天同，王兆宏西安交通大学西安交通大学电子工业出版社，电子工业出版社，201020105教材教材(美)James D.Plummer,Michael D.Deal,Peter B.Griffin 著,2005，电子工业出版社6分数比例分数比例作业 15%考勤 15%实验 20%考试 50%71.2 集成集成电路工路工艺的的发展展1.2.2 促成集成电路产生的几项关键发明促成集成电路产生的几项关键发明1.2.3 半导体器件半导体器件1.2.1 集成电路工艺的发展历程集成电路工艺的发展历程8 1959 and 1990 integrated circuits.Progress due to:-Feature size(特征尺寸)reduction 13%years(Moores Law).-Increasing chip size(芯片尺寸)16%per year.1.2.1 集成集成电路工路工艺的的发展展历程程Evolution of Integrated Circuits Fabrication特征尺寸：工艺制造中晶圆片表面能刻印出图形的最小尺寸。9On April 19,1965 Electronics Magazine published a paperby Gordon Moore in which he made a prediction about thesemiconductor industry that has become the stuff of legend.“The number of transistors incorporated in a chipwill approximately double every 24 months.”Known as Moores Law,his prediction has enabledwidespread proliferation of technology worldwide,and todayhas become shorthand for rapid technological change.Moores Law10亿10Gordon Moore：Intel 创始人创始人http:/ The era of“easy”scaling is over.We are now in a period wheretechnology and device innovations are required.Beyond 2020,newcurrently unknown inventions will be required.IC最小特征尺寸的发展历史及规划最小特征尺寸的发展历史及规划Device Scaling Over Time12 1990 IBM demo of scale“lithography”.Technology appears to be capable of making structures much smaller than currently known device limits.ITRS at http:/ International Technology Roadmap for Semiconductors http:/ and Challenges Associated with the Introduction of 450mm Wafers:Aposition paper report submitted by the ITRS Starting Materials Sub-TWG,June 2005.http:/ vs.Fab Cost151.2.2 促成集成电路产生的几项关键发明促成集成电路产生的几项关键发明 Invention of the bipolar transistor(点接触晶体管)-1947,Bell Labs.W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain1956年诺贝尔物理奖点接触晶体管：基片是N型锗，发射极和集电极是两根金属丝。这两根金属丝尖端很细，靠得很近地压在基片上。金属丝间的距离：50m16171948年 W.Shockley 提出结型晶体管结型晶体管概念1950年 第一只NPN结型晶体管18 Grown junction transistor technology（生长结技术）of the 1950s结型晶体管的制备结型晶体管的制备Ge19 Alloy junction technology（合金结技术）of the 1950s.Double diffused transistor technology(气相源扩散工艺，1956福勒和赖斯)in 1957，Bell Labs.PN结裸露在外面结裸露在外面加热加热Ge高温炉Si腐蚀形成台面结构201955年，年，IBM 608，3000多个锗晶体管，重约多个锗晶体管，重约1090kg第一个商用晶体管计算机第一个商用晶体管计算机211958年年JackKilby发明的世界上第一块基于锗的集成电路，德州仪器发明的世界上第一块基于锗的集成电路，德州仪器相移振荡器简易集成电路相移振荡器简易集成电路专利号：专利号：No.31838743，批准时间，批准时间1964.6.2622 The planar process(Hoerni-Fairchild 仙童公司仙童公司,late 1950s).First“passivated(钝化钝化)”junctions.平面工艺平面工艺 planar process 平面工艺：平面工艺：二氧化硅屏蔽的扩散技术二氧化硅屏蔽的扩散技术光刻技术光刻技术Jean Hoerni23 Basic lithography processApply photoresistPatterned exposureRemove photoresist regionsEtch waferStrip remaining photoresist光刻光刻 Photolithography24Robert Noyce与他发明的集成电路专利号：No.2981877，批准时间1961.4.2625简短回顾：一项基于科学的伟大发明简短回顾：一项基于科学的伟大发明Bardeen,Brattain,Shockley,First Ge-based bipolar transistor invented 1947,Bell Labs.Nobel prizeKilby(TI)&Noyce(Fairchild),Invention of integrated circuits 1959,Nobel prizeAtalla,First Si-based MOSFET invented 1960,Bell Labs.Planar technology,Jean Hoerni,1960,Fairchild First CMOS circuit invented 1963,Fairchild“Moores law”coined 1965,FairchildDennard,scaling rule presented 1974,IBMFirst Si technology roadmap published 1994,USA26基本器件BJT：模拟电路及高速驱动MOS器件：高密度、更低功耗、更大的设计灵活性 NMOS,PMOS,CMOS20世纪世纪70年代年代1.2.3 半导体器件半导体器件PN结结:27B E Cppn+n-p+p+n+n+BJT28GateSourceDrain衬底衬底SubstrateMOS:金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体NMOS栅极：开关作用，取决于电压大小。栅极：开关作用，取决于电压大小。N+：提供电子，提高开关时间。：提供电子，提高开关时间。绝缘层防止绝缘层防止Na+、K+干扰。干扰。沟道为沟道为P型。型。29n+n+n+n+p+p+p+p+G端为高电平时导通G端为低电平时导通30反向器输入：高电平，相当于1，输出0输入：低电平，相当于0，输出1没有形成回路，功耗低没有形成回路，功耗低31CMOSCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor):PMOS管和NMOS管互补共同构成的MOS集成电路。32 Metal Planarization required for multiple metal layersMetal DepositionPatterningFill DielectricPlanarizationContact viasContact DepositionMultiple Metal Layers33 ICs are widely regarded as one of the key components of the information age.Basic inventions between 1945 and 1970 laid the foundation for todays silicon industry.For more than 40 years,Moores Law(a doubling of chip complexity every 2-3 years)has held true.CMOS has become the dominant circuit technology because of its low DCpower on sumption,high performance and flexible design options.Future projections suggest these trends will continue at least 15 more years.Silicon technology has become a basic“toolset”for many areas of science andengineering.Computer simulation tools have been widely used for device,circuit and system design for many years.CAD tools are now being used for technology design.Chapter 1 also contains some review information on semiconductor materials semiconductor devices.These topics will be useful in later chapters of the text.Summary of Key Ideas34Richard Feynman,1959“Theres Plenty of Room at the Bottom”35一根头发=100微米=100000纳米1.3 MEMS技术简介技术简介MEMS系统的定义MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS，集物理、化学和生物的传，集物理、化学和生物的传感器、执行器与信息处理和存储为一体的微型集成系统。感器、执行器与信息处理和存储为一体的微型集成系统。3636(Tai,Fan&Muller)19701980HNA1960EDPPressure Sensor(Honeywell)Anodic BondingKOHSi PressureSensor(Motorola)MEMS的历史Si as a mechanical material(Petersen)SFB TMAH1990Thermo-pneumatic valve(Redwood)SFB Pressure Sensor(NovaSensor)DRIE!XeF2/BrF32,000process(US Patent)1950RGT(Nathanson et al)Metal Light Valve(RCA)ADXLAccelerometerPolySi MicromotorIR imager(Honeywell)PolySi Comb Drive(Tang,Howe)LIGAPolySi beams(Howe,Muller)BJTTransistorMetal sacrificialICOptical MEMSRF MEMSSi Gyro(Draper)DMD(TI)Bio MEMS37371987198719871987Berkeley:Micromotor 戴聿昌戴聿昌 MEMS becomes the name in U.S.Analog Devices begins accelerometer projectFirst MEMS Conference,IEEE MEMSFirst Eurosensors conference,EuropeThe motors stimulating major interest in WORLD！1987年，MEMS的里程碑38381994年，DRIE技术问世1994 DRIE专利申请MEMS进入体硅加工时代 3939MEMS的的产产学研学研图谱图谱4040全球汽车MEMS传感器的销售额将在2012年增长16%，达到23.1亿美元。41灯光调节，刹车系统汽车上的MEMS加速度计一辆高端的汽车会有上百个传感器，包括3050个MEMS传感器。安全气囊高g g值加速度计，约80%汽车侧翻保护低g值加速度计车辆动态控制（ESP）低g g值加速度计、陀螺仪和组合惯性模块用于车身电子稳定系统TPMS轮胎压力实时监视系统发动机机油压力传感器刹车系统空气压力传感器发动机进气歧管压力传感器柴油机共轨压力传感器42不同汽车种类的MEMS需求43加速度计和陀螺仪的应用分布44美新美新 赵阳赵阳46手机和平板电脑中的运动传感器将是未来5年内热门技术中的热门苹果引爆MEMS传感器应用热潮 融合IMU扩大应用领域47智能手机中的MEMS器件智能手机中的MEMS加速度计导航导航自由落体检测自由落体检测倾斜控制倾斜控制计步器计步器手势检测手势检测单击单击/双击检测双击检测画面翻转画面翻转图像防抖图像防抖48影视革命：虚拟与现实的完美链接49造梦空间：虚拟摄影棚50Nike FuelBandXsens BVMotoACTV51521.4 苏州苏州纳米城简介简介NanoGlobe3苏州纳米城 推动纳米技术创新与产业化发展的“智造之城”“苏州纳米城”位于苏州工业园独墅湖科教创新区二期桑田岛区域，占地约100公顷，规划建筑面积约150万平方米，将于2012年底完成首期建设并服务企业入驻。建成后的苏州纳米城将重点发展微纳加工技术，能源与绿色制造技术和纳米医药技术三大领域，以新兴产业需求为导向，以构建产业生态圈为目标，实现产业规划、政策扶持、载体建设、资源集聚平台支撑、股权投资、项目育成、产业合作、金融服务、信息共享等各环节的无缝对接，形成集纳米技术创新研发、工程化、中试、小规模生产、总部办公、会议展示、综合配套等功能于一体的纳米技术人才、产业和投资集聚区。53苏州纳米科技有限公司 苏州纳米科技发展有限公司成立于2010年9月1日。作为苏州工业园区一级国企，苏州纳米科技公司致力为推动纳米技术创新与产业化提供优越的基础设施、平台服务及投资环境，与园区各部门、载体、乡镇通力协作，以纳米科技引领产业升级，将园区打造成为代表中国纳米技术发展水平的纳米技术产业第一园。公司的主要职能包括：产业基地建设与服务、产业与创新资源引进与合作、产业集群发展促进、产业平台建设与运作、产业投资与项目育成和产业宣传与品牌塑造。联系方式：电邮：contactnanopolis-电话：[phone]网址：www.nanopolis-54苏州市及工业园区购房补贴555657此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供供参参考！考！感感谢谢您您的支持，我的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢