半导体制造工艺教案1.docVIP

课题序号 1 授课班级 075电子1、2 授课课时 4 授课形式 讲授 授课章节 名称 主题1、初识半导体制造工艺 使用教具 多媒体 教学目的 了解基本半导体元器件结构 了解半导体器件工艺的发展历史 了解集成电路制造阶段 了解半导体制造企业 了解基本的半导体材料 熟悉半导体制造中使用的化学品 熟悉芯片制造的生产环境 教学重点 集成电路制造阶段、半导体制造中使用的化学品、芯片制造的生产环境 教学难点 基本半导体元器件结构 更新、补 充、删节 内容 无 课外作业 1-1——1-19 教学后记 授课主要内容或板书设计 1.1　引言 1.2　基本半导体元器件结构 1.3　半导体器件工艺的发展历史 集成电路制造阶段 1.5　半导体制造企业 1.6　基本的半导体材料 1.7　半导体制造中使用的化学品 1.8　芯片制造的生产环境 课 堂 教 学 安 排 教学过程 主 要 教 学 内 容 及 步 骤 1.1引言 图1-1　集成电路组成的抽象结构图 图1-2　典型的半导体芯片的制造流程 基本半导体元器件结构 图1-3　由二极管、MOS场效应晶体管和电阻组成的SRAM电路图 1.2.1　无源元件结构 1. 集成电路电阻的结构 图1-4　集成电路中电阻的结构 图1-5　利用基区、发射区扩散形成电阻的结构 图1-6　外延层电阻结构 图1-7　MOS集成电路中的多晶硅电阻 2.集成电路电容结构 图1-8　集成电路中电容的结构 图1-9　PN结电容结构 图1-10　MOS场效应晶体管电容结构 1.2.2　有源器件结构 　　　有源器件，如二极管和晶体管与无源元件在电子控制方式上有很大差别，可以用于控制电流方向，放大小的信号，构成复杂的电路。这些器件与电源相连时需要确定电极（+或-）。工作时利用了电子和空穴的流动。1.二极管的结构 图1-11　集成电路中二极管的基本结构 图1-12　集成电路中二极管的结构 2.晶体管的结构 图1-13　晶体管的基本结构 3.场效应晶体管的结构 图1-14　MOS管的结构图和示意图 4. CMOS结构 图1-15　CMOS反相器电路的电路图、顶视图和剖面图 半导体器件工艺的发展历史 图1-16　生长型晶体管生长示意图 图1-17　合金结结型晶体管示意图 图1-18　台面型结型晶体管示意图 图1-19　硅平面结型晶体管示意图 1.4　集成电路制造阶段 1.4.1　集成电路制造的阶段划分　半导体集成电路制造一般包括以下几大部分：硅片（晶圆）的制备、掩膜版的制作、硅片的制造及元器件封装，如图1?20 图1-20　半导体芯片的制造框图 硅片制备　将硅从沙中提炼并纯化，形成半导体级的多晶硅。 芯片制造　硅片到达硅片制造厂，经过清洗、成膜(氧化、淀积)、光刻、刻蚀和掺杂(扩散、离子注入)等主要工艺之后，加工完成的硅片具有永久刻蚀在硅片上的完整的集成电路。 图1-21　半导体芯片制造的关键工艺 (3)掩膜版制作　掩膜版中包括构成芯片的各层图形结构，现在最常用的掩膜版技术是石英玻璃涂敷铬，在石英玻璃掩膜版表面的铬层上形成芯片各层结构图形。(4)装配与封装　芯片制造完成后，封装之前芯片要经过测试/拣选进行单个芯片的电学测试，拣选出合格芯片和不合格芯片，并作出标识，合格芯片包装在保护壳体内。(5)终测　为了确保芯片的功能，要对每个被封装的集成电路进行测试，以保证芯片的电学和环境特性参数满足要求，即保证发给用户的芯片是合格芯片。 图1-22　世界上第一块集成电路 1.4.2　集成电路时代划分 表1-1　集成电路时代划分 1.4.3　集成电路制造的发展趋势 　　电子器件中不论是电子管还是晶体管，一般都具有这样的特点：随着它们结构尺寸的缩小，将会使工作速度增加，使功耗降低，其结果是使速度提高与晶体管的尺寸缩小的同时，集成电路的性能将获得改善。同时，由于尺寸的减小，有可能容纳更多的元器件，从而通过提高集成度，扩大功能。就可靠性来考虑，随着集成规模的增大，使印制电路板上的焊点数减少，从而使每个元器件的故障率降低。(1) 提高芯片的性能　芯片的性能一般包括两方面的内容，一是芯片的工作速度，二是芯片工作过程中的功耗。 集成电路制造阶段 表1-2　1μm以下产业的技术节点列表 (2)提高芯片的可靠性　芯片的可靠性主要指芯片寿命。(3)降低芯片的成本　半导体芯片的价格一直持续下降。 1.5　半导体制造企业 (1)设计/制造企业　许多企业都集合了芯片设计和芯片制造，从芯片的前端设计到后端加工都在企业内部完成。(2)代工企业 　在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯片设计企业制造芯片，这类企业称为晶圆代工厂。1.6　基本的半导体材料 1.6.1　硅——最常见的半导体材料 　　20世纪50年代初期以前，锗是半导体工业应用得最普遍的材料之