410M 42M 1.2M 134 000 2300
10 µ m Human hair
1µ m Red blood cell Bacteria
0.1 µ m Virus
transistor size
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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• SSI (小型集成电路)，晶体管数 10~100，门数<10 • MSI (中型集成电路)，晶体管数 100~1,000，10<门数<100 • LSI (大规模集成电路)，晶体管数 1,000~100,000，门数>100 • VLSI (超大规模集成电路)，晶体管数 100,000~ 1,000,000 • ULSI (特大规模集成电路) ，晶体管数>1,000,000 • GSI (极大规模集成电路) ，晶体管数>109 • SoC－－system-on-a-chip/SIP－－system in packaging
参考书：
• • • C.Y. Chang, S.M. Sze, “ULSI Technology” 王阳元 等,“集成电路工艺原理” M. Quirk, J. Serda, “半导体制造技术”
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集成电路工艺原理
第一讲 前言 大纲 （2）
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 前言 晶体生长 实验室净化及硅片清洗 光刻 热氧化 热扩散 离子注入 薄膜淀积 刻蚀 后端工艺与集成 未来趋势与挑战
第一讲 前言
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CMOS
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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BJT
B
E
C
p+
p
n+ nn+ p
n+ p+
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
单晶材料：~450mm/18” Gorden Teal (TI)
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Si成为IC主流的优势： Si/SiO2界面的理想性能 地壳丰富的Si含量 单晶的简单工艺 平面工艺的发展
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集成电路工艺原理
第一讲 前言 大纲 （2）
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 前言 晶体生长 实验室净化及硅片清洗 光刻 热氧化 热扩散 离子注入 薄膜淀积 刻蚀 后端工艺与集成 未来趋势与挑战
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
基本器件
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MOS器件：高密度、更低功耗、更大的设计灵活性 NMOS, PMOS, CMOS BJT：模拟电路及高速驱动
n+
n+
p+
p+
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集成电路工艺原理
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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集成电路工艺原理
第一讲 前言 器件的等比例缩小原则
Constant-field Scaling-down Principle 器件几何尺寸：Lg，Wg，tox，xj →×1/k 衬底掺杂浓度N 电压Vdd ⇒ 器件速度 芯片密度 →×k →×1/k →×k →×k2 k≈1.4
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
IC技术发展历程 •1980s CMOS
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•低功耗、散热 •集成度提高 •12～14块光刻版
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
最简单的IC CMOS工艺举例 反相器 或非门
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集成电路工艺原理
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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ITRS— International Technology Roadmap for Semiconductors / 预言硅主导的IC技术蓝图
由欧洲电子器件制造协会（EECA）、欧洲半导体工业协会（ESIA）、日 本电子和信息技术工业协会（JEITA）、韩国半导体工业协会（KSIA）、 台湾半导体工业协会（TSIA）和半导体工业协会（SIA）合作完成。
平面工艺基本光刻步骤
掩膜版
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光刻胶
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
应用平面工艺可以实现多个器件的集成
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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Actual cross-section of a modern microprocessor chip from IBM
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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摩尔定律（Moore’s Law) 硅集成电路二年（或二到三年）为一代，集成度翻一番，工艺 线宽约缩小30%，芯片面积约增1.5倍，IC工作速度提高1.5倍
DRAM 技术节点 特征尺寸
半导体电子：全球最大的工业
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第一讲 前言
IC技术发展历程
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BJT
•1990s BiCMOS
CMOS
CMOS实现高集成度的内部电路 BJT实现输出驱动电路 光刻版>20块
INFO130024.02集成电路工艺原理第 Nhomakorabea讲 前言
本节课主要内容
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硅技术的历史沿革和未 来发展趋势：
晶体管的诞生 集成电路的发明 平面工艺的发明 CMOS技术的发明 摩尔定律（Moore’s law） VLSI、SoC、SIP Constant-field等比例缩小原则 ITRS：技术代/节点
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集成电路工艺原理
第一讲 前言 简短回顾：一项基于科学的伟大发明
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Bardeen, Brattain, Shockley, First Ge-based bipolar transistor invented 1947, Bell Labs. Nobel prize Kilby (TI) & Noyce (Fairchild), Invention of integrated circuits 1959, Nobel prize Atalla, First Si-based MOSFET invented 1960, Bell Labs. Planar technology, Jean Hoerni, 1960, Fairchild First CMOS circuit invented 1963, Fairchild “Moore’s law” coined 1965, Fairchild Dennard, scaling rule presented 1974, IBM First Si technology roadmap published 1994, USA
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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NEC
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
制 备 超 小 型 晶 体 管 已 不 再 困 难
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H. Iwai, Solid-State Electronics 48 (2004) 497–503
而 实 现 高 性 能 则 极 具 挑 战
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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不足之处: 可靠性低、噪声大、放大率低等缺点
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
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1948年 W. Shockley 提出结型晶体管概念
1950年 第一只NPN结型晶体管
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集成电路工艺原理
Physical gate length in nm
Gate
Drain
silicide metal
metal
Source
Year
Drain
channel
gate oxide
No complete technological solution available !!!
ITRS, the International Technology Roadmap for Semiconductors: /
CMOS工艺：
光刻、氧化、扩散、刻蚀等
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
生长结晶体管
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
合金结晶体管
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扩散
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集成电路工艺原理
第一讲 前言
双扩散台面（MESA）晶体管
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气相扩散 图形化-腐蚀
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