芯片制造-半导体工艺教程(3)

芯片制造-半导体工艺教程

机器会按照预先设好的步骤自动处理晶圆，然后再回到传输器中。大多数的工艺实现自动化后，在二十世纪八十年代的焦点是在如何生产区域去掉操作工和如何实现材料的自动运输。由于人是主要污染源，所以要求将操作工减到最少；最严密的规程也不能控制人员搬移晶圆时产生的微粒污染，这些问题将在第4章中做详细介绍。单个工艺的自动化使半导体工业面临开发在各种机器间传输晶圆的方法的挑战。 这方面的问题成了自动化十年的重点，以达到无人化的目标。 当大多数工业向制造标准化发展的时候，半导体工业却正好相反。虽然大多数晶圆厂具有较好的控制和特性，但同时, 各种趋势促使制造商设计更加复杂的芯片，新设计又给制造商提出新的挑战而导致新工艺的开发。在这些精密复杂的水平上，就需要机器的自动化来完成工艺控制和重复性。 二十世纪八十年代开始时美国和欧洲占统治地位，日本半导体生产商的崛起，半导体工业成为世界范围的工业，随之而来的是―四小虎‖香港, 台湾, 新加坡和南韩半导体工业的发展。

产品的纪元(1991-2000)

从二十世纪七十到八十年代, 1微米特征图形尺寸的障碍显示了机遇和挑战，机遇是指这会是一个具有极高的速度和存储能力芯片的纪元。挑战是传统光刻由于增加的表面步骤、新增层和晶圆尺寸增大造成的局限。1微米的障碍是在实验室突破的，到1990年50%的生产线在生产微米级和低于微米级的产品。7 工业发展到了成熟后，更多传统上的重点被放在生产和市场问题上。早期的盈利策略是走发明的途径，也就是总要把最新和最先进的芯片抢先推向市场，以获得足够的可支付研发和设计费用的利润。这种策略带来的利润可以克服良品率和低效率的问题。 工艺控制上的技术（竞争）和改进的传播把更多工业的重点转移到了产品问题上。几个主要的产能因素是：自动化、成本控制、工艺特性化与控制及人员效率。 控制成本的策略包括：设备成本关系的详细分析；新厂的布局（如集束机器）；自动化机械手；晶圆隔离技术（WIT）；计算机集成制造（CIM）；先进完善的统计工艺控制；先进的测量仪器；及时库存系统, 及其它（见15章）

技术推动的因素, 特征图形尺寸减小, 晶圆尺寸增大, 和良品率的提高都存在客观的和统计上的限制。但是产能的提高（包含许多因素）是持续获利的源泉。晶圆工厂的投资巨大（10-30亿美元），其设备和工艺开发同样耗资巨大。在研发0.35微米以下的技术时，X-RAY和深紫外光（DUV）光刻或传统的光刻的改进都是巨大的花费，同样, 在生产中也花费巨大。 这并不是说技术进步停止了，正相反，许多在十年中会用到的技术还是未知或处在非常原始的发展状态。技术的提高正在变成演化性的而不是革命性的。工程师正在学会如何在以技术飞跃来解决问题之前，从工艺过程中挖掘生产力。这是工业成熟的另外一个信号。

可能这十年的主要技术改变就是铜连线。铝连线在几个方面显现出局限性，特别是和硅的接触电阻。铜是一种较好的材料但它不易沉积和刻蚀，它如果接触到硅会对电路造成致命的影响。IBM8开发出了可实用的铜工艺，并在90年代末几乎立刻被业界接受。

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极小的纪元

微观技术在公众的感觉中意味着 ―小‖，在科学中是指十万分之一。因此，特征图形尺寸和栅极的宽度以微米来表示，如 0.018微米。纳米正在被广泛使用，上述的栅级宽度则为180纳米。9

在半导体协会1997年的国家技术发展路线图（National Technology Roadmap for semiconductors，NTRS）中，对半导体通向极小纪元的道路作了描绘。栅极的宽度到2012会达到50纳米，但这并不容易实现。随着器件尺寸变的更小会有一系列可预见的事情，优点是更快的运行速度和更高的密度。然而, 更小的尺寸要求更精密的工艺和设备。栅极区域是MOS晶体管非常关键的部分。 更小的栅极更易受污染的干扰，这将推动更洁净的化学品和工艺的发展。低度的污染要求更敏感的测量技术，表面的粗糙度也成为一个要控制的参数。随着器件之间的更加紧凑，需要更多层的金属连线层结构，而同时，要保持表面足够平以满足光刻的要求，这给平面技术带来了一定的压力。更多层的金属连线会带来更高的电阻。新金属材料，如铜也就成了需要。要取得这些进步就需要更洁净的制造厂，极为纯净的材料和化学品以及集束设备的使用，将对污染的暴露减至最小和并提高生产效率。

晶圆的直径将会达到450毫米以上，工厂的自动化水平也将遍及到机器之间，并且带有集成的工艺监测系统。更多高水平的工艺将会要求更高产量的晶圆制造厂，这些厂的成本到2005年将达到100亿。10来自巨大投资的压力迫使研发和建厂的速度更快。

到2012年, 半导体工业和集成电路会与现今大不相同，并将到达硅晶体管基本物理上的极限。随着许多对低端技术新用途需求的不断出现，硅工业还将会活跃，例如烤面包机和电冰箱不太可能使用最新的尖端产品。新材料会在实验室出现，混合物半导体，如镓/砷化物（GaAs）就是候选。技术如分子束（MBE）（12章）可能被用来一次一和原子的方式制作新材料。

可以毫无疑问地说随着材料和工艺的不断向前推进，半导体工业将继续是主导工业，也还可以毫无疑问地说IC的使用将继续以未知的方法改变我们的世界。

关键术语和概念

固体器件 集成电路

二极管 集成度/电路密度 电容 平化处理（工艺） 电阻 半导体制造的四个阶段 晶体管 芯片尺寸

分立器件 特征图形尺寸 晶圆 半导体材料 价格侵蚀 混合电路

复习问题

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1． 列出四种类型的分立器件。

2． 描述固体器件相对于真空器件的优点。

3． 一块VLSI较一块ULSI集成电路有更多的元件。（对或错） 4． 描述混合电路与集成电路的区别。 5． 叙述制造晶圆的工艺阶段。 6． 叙述制造芯片的的工艺阶段。 7． 描述N/P的结构。

8． 描述术语录―特征尺寸‖的含义。 9． 列出推动半导体工业的三个趋势。 10.描述半导体封装的功能

#1 第二章 半导体材料和工艺化学品-----1

第二章 半导体材料和工艺化学品-----1 by r53858 概述

半导体材料拥有特有的电性能和物理性能，这些性能使得半导体器件和电路具有独特的功能。这些性能会和原子的基本性能、固体、本征半导体和掺杂半导体的电性能一同分析。在本章的第二部分，我们会讨论适用于工艺化学品的基础化学。 目的

完成本章后您将能够：

1.分清原子的各个部分。

2.说出掺杂半导体的两种特性。 3.列出至少三种半导体材料。

4.列出与硅相比，砷化镓的优缺点。

5.解释N型和P型半导体材料在组成和电性能方面的不同。 6.描述电阻率和电阻的特性。 7.指明酸，碱和溶剂的不同。 8.列出自然界的四种状态。

9.给出原子、分子和离子的定义。

10.解释至少四种化学品的安全操作规则。

原子结构 玻尔原子

要想理解半导体材料就必须了解原子结构的基本知识。 原子是自然界的基本构造单元。自然界中的任何事物都是由96种稳定12种不稳定的元素组成。每一种元素都有不同的原子结构，不同的结构决定了元素的不同特性。

黄金的特性也是由黄金的原子结构决定的。如果一块黄金不断地被分割而变小，那么 …… 此处隐藏：3829字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……