1、考核方式：考核方式： 平時考核平時考核(到課率、交作業情況到課率、交作業情況)，占總成績，占總成績20% 期末考核期末考核(開卷考試開卷考試)，占總成績，占總成績80% 半導體產業： 與半導體器件的設計和制造相關的產業。2. 產業規模及市場需求產業規模及市場需求3. 產業競爭產業競爭4. 集成電路產業的特點集成電路產業的特點IC費用費用12英寸英寸8英寸英寸6英寸英寸45nm90nm0.18m0.5m0.5m1.0m制版費制版費（每套）（每套）450萬元萬元250萬元萬元190萬元萬元20萬元萬元12萬元萬元流片費流片費（每晶圓）（每晶圓）1.0萬元萬元0.7萬元萬元0.5萬元萬元半導體產業半

2、導體產業2014年全球年全球50大大IC設計公司中國占設計公司中國占9家家國內主要集成電路芯片制造企業：國內主要集成電路芯片制造企業：體積大重量重功耗高可靠性差 無真空 體積小 重量輕 功耗低 可靠性高n 1947年發明固體鍺晶體管（肖克萊、巴丁、布拉頓）年發明固體鍺晶體管（肖克萊、巴丁、布拉頓）n 1957年第一個硅平面晶體管誕生（仙童半導體公司年第一個硅平面晶體管誕生（仙童半導體公司 )n 1959年發明硅基集成電路（諾伊思、基爾比）年發明硅基集成電路（諾伊思、基爾比）晶體管的發明者（肖克萊、巴丁、布拉頓）因此發明晶體管的發明者（肖克萊、巴丁、布拉頓）因此發明獲得諾貝爾獎獲得諾貝爾獎(19

3、56)1959年仙童公司制造的年仙童公司制造的IC含芯片的硅片含芯片的硅片 一種模擬集成電路芯片集成電路制造步驟：提高芯片性能降低芯片成本提高芯片可靠性 關鍵尺寸關鍵尺寸 摩爾定律摩爾定律 硅片尺寸硅片尺寸重要概念：重要概念： 2012年，英特爾成功量產了年，英特爾成功量產了22nm工藝技術，工藝技術， 臺積電量臺積電量產產28nm 。下一代：英特爾下一代：英特爾 14nm、臺積電、臺積電 20nm。20042006200820102012CD（nm)906545322219941995199719992002CD（m)0.60.350.250.180.13對微觀尺寸的認識IC 發展的另一些規

4、律： 建立一個芯片廠的造價每一年半翻一番。 線條寬度每4 6 年下降一半。降低成本硅片尺寸不斷增大，芯片成本逐漸降低硅片尺寸不斷增大，芯片成本逐漸降低20092010201120122013201420152016關鍵關鍵尺寸尺寸 nm2927242220181715晶圓晶圓直徑直徑mm300300300300300450450450INTERNATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORSITRS 201020172018201920202021202220232024關鍵關鍵尺寸尺寸 nm1413121110987晶圓晶圓直徑直徑mm450450

5、450450450450450450INTERNATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORSITRS 2010 按構成集成電路基礎的晶體管分按構成集成電路基礎的晶體管分n雙極型集成電路以雙極型平面晶體管為主要器件nMOS型集成電路以MOS晶體管為主要器件nBICMOS電路 雙極Bipolar與與MOS 混合型薄膜電阻擴散電阻俯視圖剖面圖主要的有源器件：主要的有源器件：n 二極管n 雙極晶體管n MOS晶體管n CMOS器件先進的場效應晶體管-FinFETIntel從Core i7-3770之后的22納米的處理器均使用了FinFET技術。1. 晶體結

6、構晶體結構2. 晶體表征晶體表征3. 半導體級硅半導體級硅(SGS)的制備的制備4. 單晶硅生長單晶硅生長5. 硅片制備硅片制備6. 硅中的晶體缺陷硅中的晶體缺陷7. 硅外延層硅外延層硅的豐裕度 (地殼中含量第二，約占25%，僅次于氧)更高的熔化溫度允許更寬的工藝容限 (硅：1412 ，鍺：937 )更寬的工作溫度范圍 (軍用-55 至+125 ，商用0 至70 )(鍺外層電子比硅活躍，溫度影響大)氧化硅的自然生成 (容易生長，性能穩定，用途廣泛)硅摻雜：純單晶硅是絕緣體其電阻率為2.5105cm， 當摻入百萬分之一的雜質磷或砷，則電阻率下降為 0.2 cm，導電能力增強125萬倍！1. 晶體

7、結構晶體結構物質晶體非晶體單晶多晶內部原子非常規則地在三維空間重復排列n 晶體的原子排列內部原子排列雜亂無規則硅晶胞：面心立方金剛石結構多晶硅結構 單晶硅結構單晶：晶胞在三維空間整齊重復排列，這樣的結構單晶：晶胞在三維空間整齊重復排列，這樣的結構叫做單晶。叫做單晶。單晶的原子排列長程有序。單晶的原子排列長程有序。多晶：晶胞無規律地排列，這樣的結構叫做多晶。多晶：晶胞無規律地排列，這樣的結構叫做多晶。多晶的原子排列短程有序長程無序。多晶的原子排列短程有序長程無序。OAm1Xm2Ym3Z密勒指數：m1 m2 m3 晶向：MOS集成電路通常用（100）晶面或晶向雙極集成電路通常用（111）晶面或晶向

8、這種生產純SGS的工藝稱為西門子工藝98%98%99.9999999%99.9999999% CZ直拉法單晶爐關鍵工藝參數：關鍵工藝參數：拉伸速率和晶體旋轉速度拉伸速率和晶體旋轉速度1) 直拉法（直拉法（CZ法）法） 精確復制籽晶（具有所需晶向的單晶硅）結構。 生產大直徑的單晶硅錠。85%的硅錠是由直拉法生產出來的。 實現均勻摻雜。直拉法（直拉法（CZ法）特點：法）特點：硅中電阻率和摻雜硅中電阻率和摻雜濃度之間的關系濃度之間的關系純純Si電阻率電阻率 2.5105 .cm使用的材料：摻雜好的多晶硅棒 優點：純度高，含氧量低 (少量氧吸附雜質；過量氧影響單晶硅的機械和電學性能) 缺點：硅片直徑比

9、直拉的小去掉兩端徑向研磨定位邊研磨注：直徑大于注：直徑大于300mm的硅片采用線鋸來切片。的硅片采用線鋸來切片。倒角：減小機械應力，降低位錯缺陷，避免沾污化學腐蝕深度約20微米，目的是消除硅片表面損傷CMP，目的：高平整度的光滑表面200mm及其以前硅片，僅上表面拋光；300mm以上硅片，雙面拋光。7) 評估評估8) 包裝包裝硅片質量評估主要技術指標硅片質量評估主要技術指標:450mm 硅片計劃：硅片計劃：臺積電已在臺灣竹南購買了土地，用來建設開發和初期量產使用的450mm硅片生產線。計劃在20162017年啟動試產線，2018年開始量產。 點缺陷點缺陷 原子層面的局部缺陷原子層面的局部缺陷

10、線缺陷（位錯線缺陷（位錯 ） 錯位的晶胞錯位的晶胞 面缺陷（面缺陷（層錯層錯 ） 晶體結構的缺陷晶體結構的缺陷 空位缺陷空位缺陷Vacancy defect(b) 間歇原子缺陷間歇原子缺陷Interstitial defect(c) Frenkel缺陷缺陷Frenkel defect成品率成品率在單晶襯底上生長一薄層單晶層，稱為外延層。外延層晶體結構與襯底一致，而厚度、導電類型、摻雜濃度可根據需要而定。硅外延發展的起因是為了提高雙極器件和集成電路的性能。外延可在重摻雜的襯底上生長輕摻雜的薄層，這樣可以提高耐壓同時降低導通電阻。在CMOS集成電路中，隨著器件尺寸的減小，外延可將閂鎖效應降至最低。2 液液：鹽酸/過氧化氫/去離子水1：1：6 使用方法：75 85，侵泡1020分 作用：去除硅片表面的金屬雜質使用1液（SC1）和2#液（SC2）清洗又稱為RCA清洗，是美國無線電公司（RCA公司）提出的人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說古人說“書中自有黃金屋。書中自有黃金屋。”通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養邏輯思維能力；培養邏輯思維能力；通過