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1、微電子概論陳迪第一章概述1.1什么是集成電路和微電子學(xué)1.2集成電路的發(fā)展歷程1.3集成電路分類1.1什么是集成電路和微電子學(xué)集成電路是指半導(dǎo)體集成電路，即以半導(dǎo)體晶體材料為基片，經(jīng)加工制造，將元件、有源器件和互連線集成在基片內(nèi)部、表面或基片之上，執(zhí)行某種功能的微型化電路。微電子是研究電子在半導(dǎo)體和集成電路中的物理現(xiàn)象、物理規(guī)律，并致力于這些物理現(xiàn)象.物理規(guī)律的應(yīng)用，包括器件物理.器件結(jié)構(gòu).材料制備.集成工藝.電路與系統(tǒng)設(shè)計.自動測試以及封裝、組裝等一系列的理論和技術(shù)問題。微電子學(xué)研究的對象除了集成電路以外，還包括集成光電子器件、集成超導(dǎo)器件
2、等。1.2集成電路的發(fā)展歷程電子卡尺18000個電子管重達(dá)30噸功率150千瓦占地170平方米運(yùn)算速度為每秒5000次在晶體管發(fā)明之前，電路系統(tǒng)主要依靠真空電子管。1946年美國賓州大學(xué)利用3年時間研制開發(fā)完成了用于彈道軌跡計算的世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)。1947年，美國Bell實驗室三位科學(xué)家發(fā)明晶體管，標(biāo)志著微電子時代的到來。1958年，美德州儀器公司研制出第一塊集成電路第一塊集成電路的發(fā)明者基爾比第一塊集成電路只有12個元器件1958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個器件，Ge晶片除了按集成度分類外，還可以從其他特點加以分
3、類，按器件結(jié)構(gòu)類型分，有雙極成電路和MOS集成電路，見圖1-12。1.3集成電路分類第二章IC制造材料2.1概述2.2半導(dǎo)體材料2.3絕緣材料2.4金屬材料2.1概述10-22~10-14S·cm-1SiO2、SiON、Si3N4等絕緣體10-9~10-2S·cm-1硅、鍺、砷化鎵、磷化銦等半導(dǎo)體105S·cm-1鋁、金、鎢、銅等導(dǎo)體電導(dǎo)率材料分類2.2半導(dǎo)體材料2.2.1硅（Si）硅是現(xiàn)代為電子工業(yè)的基礎(chǔ)。在過去的40年中，基于硅材料的多種工藝技術(shù)得以發(fā)展，達(dá)到成熟，如雙極型晶體管（BJT），結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管（J-FET），P型、N型、互補(bǔ)型金
4、屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（PMOS，NMOS,CMOS）及雙級管CMOS（BICMOS）等。就集成度而言，1GB的DRAM早已該發(fā)成功，微處理器的總晶體管數(shù)早已超過一千萬。最大的芯片面積已接近1000mm2。與此同時，先進(jìn)工藝線的晶圓已達(dá)到300mm(12英寸)。芯片的速度也越來越快。2.2.2多晶硅多晶硅有著與單晶硅相似的特性，并且其特性可隨晶體度與雜質(zhì)原子而改變，故被廣泛用于微電子工藝。在MOS及雙極性器件中，多晶硅可用來制作柵極、形成源極與漏極（雙極型器件的基區(qū)與發(fā)射區(qū)）的歐姆接觸、基本連線、薄PN結(jié)的擴(kuò)散源、高值電阻等。多晶硅層可用
5、濺射法、蒸發(fā)或CVD法沉淀。2.2.3砷化鎵（GaAs）GaAs和其他III/IV族化合物器件之所以能工作在超高速超高頻，其原因在于這些材料具有更高的載流子遷移率和近乎半絕緣的電阻率等。GaAs是優(yōu)良的III/IV族化合物固態(tài)材料。GaAs的電子遷移率比Si高很多，GaAs為4×107cm2/(Vs),而Si為9×106cm2/(Vs),因此，GaAs晶體管傳輸延遲遠(yuǎn)小于同類型的Si管。所以，GaAs管可工作在更高的數(shù)據(jù)速率上。2.3絕緣材料如同電氣系統(tǒng)，在IC的材料系統(tǒng)中，絕緣體同樣起著不可缺少的作用。在制作IC時，必須同時制作器件之間、有
6、緣層與導(dǎo)電層之間的絕緣層，以實現(xiàn)它們之間的電隔離。在MOS器件里，柵極與溝道之間的絕緣更是必不可少的。絕緣層的其他功能包括：（1）充當(dāng)離子注入及熱擴(kuò)散的掩膜。（2）作為生成器件表面的鈍化層，以保護(hù)器件不受外界影響。（3）電隔離。隨著連線的幾何尺寸持續(xù)的縮小，需要低價電常數(shù)的層間絕緣介質(zhì)，以減小連線之間的寄生電容和串?dāng)_。另一方面，對大容量動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM）的要求，推動了低漏電、高介電常數(shù)介質(zhì)材料的發(fā)展。2.4金屬材料金屬材料有三個功能：1.形成器件本身的接觸線2.形成器件間的互連線3.形成焊盤鋁，鉻，鈦，鉬，鉈，鎢等純金屬和合金薄層在V
7、LSI制造中起著重要作用。這是由于這些金屬及合金有著獨(dú)特的屬性。如對Si及絕緣材料有良好的附著力，高導(dǎo)電率，可塑性，容易制造，并容易與外部連線相連。純金屬薄層用于制作與工作區(qū)的連線，器件間的互聯(lián)線，柵及電容、電感、傳輸線的電極等。0.35umCMOS工藝的多層互聯(lián)線第三章IC制造工藝3.1概述3.2薄膜的制備3.3光刻3.4摻雜集成電路制造工藝圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上摻雜：根據(jù)設(shè)計的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等制膜：制作各種材料的薄膜集成電路制造工藝流程圖多晶硅放入坩堝內(nèi)
8、加熱到1440℃熔化。為了防止硅在高溫下被氧化，坩堝內(nèi)被抽成真空并注入惰性氣體氬氣。之后用純度99.7%的鎢絲懸掛“硅籽晶”探入熔融硅中，以2~20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速及
