芯片发展历程与莫尔定律介绍.ppt

* * * * * * * * 微电子制造原理与技术 第二部分 芯片制造原理与技术 李 明 材料科学与工程学院 芯片发展历程与莫尔定律 晶体管结构及其作用 芯片微纳制造技术 第1个晶体管的诞生 1947.12.23 点接触式晶体管 By Bardeen Brattain 第一篇关于晶体管的文章 Br Webster’s “The transistor, a semiconductor triode” （晶体管，一个半导体三级管） “Transistor =transfer + resistor, （晶体管＝传输+电阻） Transferring electrical signal across a resistor” （经过一个电阻传输点信号） 场效应晶体管理论 通过表面电荷调制半导体薄膜的电导 率 (Phys. Rev. 74, 232,1948) 1956 Nobel 物理奖：Bardeen, Brattain and Shockley 场效应晶体管理论的建立 1950-1956: 基本晶体管制造技术发展 ---从基于锗的器件转为硅衬底 ---从合金化制造 p/n结转变为扩散制备pn结 1950 扩散结(Hall, Dunlap; GE) 1952 结型场效应晶体管 ( Shockley; Bell Lab) 1954 第一个硅晶体管(TI：德州仪器）) 1955 扩散结和晶体管结合(Bell Lab) 晶体管制造工艺的摸索 第1个集成电路的发明 第1个IC 锗衬底，台式结构、2个晶体管、2个电容、8个电阻，黑蜡保护刻蚀，打线结合 4千2百万个晶体管、尺寸：224mm2 Intel P4 J. Kilby 集成电路之父 2000 Nobel 物理奖 1958.9.12发明了第1个IC“Solid Circuit” 距离晶体管发明已经过去11年，why？ 第一个Si单片电路IC-“微芯片” by R. Noyce (Fairchild, IC技术创始人之一) 第1个在Si单片上实现的集成电路 1958-1960 基本IC工艺和器件进一步 --- 氧化工艺(Atalla; bell Lab) --- PN结隔离(K. Levovec) --- Al金属膜的蒸发制备 --- 平面工艺技术(J. Hoerni; Fairchild) 1959-63 MOS 器件与工艺 ---1959 MOS 电容 (J. Moll; Stanford) ---1960-63 Si表面和MOS器件研究 (Sah, Deal, Grove…) ---1962 PMOS (Fairchild); NMOSFET (美国无线电公司) ---1963 CMOS (Wanlass, Sah; Fairchild) IC制造工艺的进步 From SSI to VLSI/ULSI 小规模集成电路(SSI) 2-30 中规模集成电路 (MSI) 30-103 大规模集成电路 (LSI) 103-5 超大规模集成电路(VLSI: Very Large ) 105-7 甚大规模ULSI(Ultra Large) 107-9 极大规模SLSI(Super Large) 109 巨大规模(GSI: Gigantic/Giga) 晶体管数目 IC芯片中晶体管（脑细胞）数目 制造技术 Si 和其他材料的开发 器件物理 电路和系统 --- IC快速发展强烈依赖材料与技术研发 性能(速度、能力可靠性) 功能从简单逻辑门到复杂系统 产量、价格、应用 集成度提高---新工艺技术 1958-1967 SSI *平面工艺 1968-1977 LSI *离子注入掺杂 *多晶硅栅极 *局部硅氧化的器件隔离技术 *单晶管 DRAM by R. Denard (1968 patent) *微处理器( 1971, Intel) IC快速发展强烈依赖材料与技术研发 1978-1987 VLSI *精细光刻技术(电子束制备掩膜版) *等离子体和反应离子刻蚀技术 *磁控溅射制备薄膜 1988-1997 ULSI * 亚微米和深亚微米技术 * 深紫外光刻和图形技术 集成度提高---新工艺技术 IC快速发展强烈依赖材料与技术研发 1998- 2007 SoC/SLSI, 纳米尺度CMOS *Cu 和 Low-k 互连技术 *Hi