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1、微纳加工技术原理,第一章 微纳加工技术发展概述,主要内容,1.1,1.2,1.3,本课程的主要内容,集成电路的发展,MEMS技术简介,1.4,苏州纳米区简介,1.1 课程的主要内容,第一章 微纳加工技术发展概述第二章 CMOS工艺流程第三章 洁净室、晶圆片清洗与吸杂处理第四章 光刻 第五章 薄膜淀积第六章 刻蚀第七章 热氧化和Si-SiO2界面第八章 离子注入第九章 扩散（已学）第十章 后端工艺第十一章 未来趋势与挑战,教材,作者：唐天同，王兆宏,西安交通大学,电子工业出版社，2010,教材,(美)James D.Plummer,Michael D.Deal,Peter B.Griffin 著
2、,2005，电子工业出版社,分数比例,作业 15%考勤 15%实验 20%考试 50%,1.2 集成电路工艺的发展,1.2.2 促成集成电路产生的几项关键发明,1.2.3 半导体器件,集成电路工艺的发展历程,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.,集成电路工艺的发展历程,Evolution of Integrated Circuits Fabrication
3、,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。,On 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 M
4、oores Law,his prediction has enabledwidespread proliferation of technology worldwide,and todayhas become shorthand for rapid technological change.,Moores Law,10亿,Gordon Moore：Intel 创始人,http:/,The era of“easy”scaling is over.We are now in a period wheretechnology and device innovations are required.B
5、eyond 2020,newcurrently unknown inventions will be required.,IC最小特征尺寸的发展历史及规划,Device Scaling Over Time,1990 IBM demo of scale“lithography”.Technology appears to be capable of making structures much smaller than currently known device limits.,ITRS at,ITRS硅技术发展规划,ITRS International Technology Roadmap
6、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。,器件尺寸下降，芯片尺寸增加互连层数增加掩膜版数量增加工作电压下降,http:/,Advantages and Challenges Associated with the Introduction of 450mm Wafers:Aposition paper report submitted by the ITRS Star
7、ting Materials Sub-TWG,June 2005.,Linewidth vs.Fab Cost,1.2.2 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.Shockley,J.Bardeen,W.Brattain,1956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：50m,1948年 W.Shockley 提出结型晶体管概念,1950年 第一只NPN结型晶体管,Grown junct
8、ion transistor technology（生长结技术）of the 1950s,结型晶体管的制备,Ge,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,加热,Ge,高温炉,Si腐蚀形成台面结构,1955年，IBM 608，3000多个锗晶体管，重约1090kg,第一个商用晶体管计算机,1958年JackKilby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
9、电路,专利号：No.31838743，批准时间,The planar process(Hoerni-Fairchild 仙童公司,late 1950s).,First“passivated(钝化)”junctions.,平面工艺 planar process,平面工艺：,二氧化硅屏蔽的扩散技术,光刻技术,Jean Hoerni,Basic lithography process,Apply photoresistPatterned exposureRemove photoresist regions,Etch waferStrip remaining photoresist,光刻 Photol
10、ithography,Robert Noyce与他发明的集成电路,专利号：No.2981877，批准时间,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
11、 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,USA,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,CMOS,20世纪70年代,半导体器件,PN结:,BJT,MOS:金属-氧化物-半导体,NMO
12、S,栅极：开关作用，取决于电压大小。,N+：提供电子，提高开关时间。,绝缘层防止Na+、K+干扰。,沟道为P型。,n+,n+,p+,p+,G端为高电平时导通,G端为低电平时导通,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,CMOS,CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor):PMOS管和NMOS管互补共同构成的MOS集成电路。,Metal Planarization required for multiple metal layers,Metal DepositionPatterningFill
13、DielectricPlanarizationContact viasContact Deposition,Multiple Metal Layers,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 complexi
14、ty 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.Futureprojections suggest these trends will continue at least 15 more years.Silicon technology has become a basic“toolset”for many area
15、s 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 use
16、ful in later chapters of the text.,Summary of Key Ideas,Richard 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,MEMS系统的定义,MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS，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。,36,(Tai,Fan&Muller),1970,1980,HNA1960,EDP,Pressure Sensor(Honeywell)A
17、nodic Bonding,KOH,Si PressureSensor(Motorola),MEMS的历史Si as a mechanical material(Petersen),SFB TMAH1990,Thermo-pneumatic valve(Redwood)SFB Pressure Sensor(NovaSensor)DRIE!,XeF2/BrF32,000,process(US Patent)1950,RGT(Nathanson et al),Metal Light Valve(RCA),ADXLAccelerometerPolySi MicromotorIR imager(Ho
18、neywell)PolySi Comb Drive(Tang,Howe),LIGAPolySi beams(Howe,Muller),BJTTransistorMetal sacrificial,IC,Optical MEMSRF MEMSSi Gyro(Draper)DMD(TI),Bio MEMS,37,1987198719871987,Berkeley:Micromotor 戴聿昌 MEMS becomes the name in U.S.Analog Devices begins accelerometer projectFirst MEMS Conference,IEEE MEMS,
19、First Eurosensors conference,EuropeThe motors stimulating major interest in WORLD！,1987年，MEMS的里程碑,38,1994年，DRIE技术问世,1994 DRIE专利申请MEMS进入体硅加工时代,39,MEMS的产学研图谱,40,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。,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值加速度计、
20、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,不同汽车种类的MEMS需求,加速度计和陀螺仪的应用分布,美新 赵阳,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,智能手机中的MEMS器件,智能手机中的MEMS加速度计导航自由落体检测倾斜控制计步器手势检测单击/双击检测画面翻转图像防抖,影视革命：虚拟与现实的完美链接,造梦空间：虚拟摄影棚,Nike FuelBand,Xsens BV,MotoACTV,1.4 苏州纳米
21、城简介,NanoGlobe,3,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。,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：电话：+86-512-69993022网址：,苏州市及工业园区购房补贴,
