VLSI Technology DonGey Liu Prof Department of Electronic
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積體電路實驗室 VLSI Technology Don-Gey Liu, Prof. Department of Electronic Engineering Feng Chia University 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 1
積體電路實驗室 Introduction Industries Development Fabrication Technology IC Families Self-Aligned CMOS Process Flow Layout Design Roles of Computer Fabrication Equipment References 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 2
積體電路實驗室 Industries 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 3
積體電路實驗室 Industries Jobs and Facilities 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 4
積體電路實驗室 Industries Technologies 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 5
積體電路實驗室 Development Integrated Circuits and profiles 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 6
積體電路實驗室 Development The 1 st IC w 2 Tx 2020/10/26 A few million Tx/Chip FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 7
積體電路實驗室 Development The trends 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 8
積體電路實驗室 Development The state-of-the-art technology 1 nm 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 9
積體電路實驗室 Development The 1 st Transistor 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 10
積體電路實驗室 Development Grow junction transistor technology 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 11
積體電路實驗室 Development Alloy junction technology 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 12
積體電路實驗室 Development Double diffused mesa transistor technology Contact 1 st diffusion Mesa etch 2 nd diffusion 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 13
積體電路實驗室 Development Planar process by Jean Hoerni of Fairchild Photolithography 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 14
積體電路實驗室 Fabrication Technology Photolithography Process n 2020/10/26 Repeated transferring patterns FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 底片 相紙 15
積體電路實驗室 Fabrication Technology Process Flow – To construct 3 D structures by planar (2 D) techniques 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 16
積體電路實驗室 Fabrication Technology Process Integration – Integrated planar thin-film technology n Film deposition/growth w PVD/CVD/Deposition w Oxidation/Nitridation w Impurity doping n Photolithography w Exposure/Development/Rinse n Etching w Wet etching/Dry etching 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 17
積體電路實驗室 Fabrication Technology Integration on substrates n n 2020/10/26 Isolation Metallization FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 18
積體電路實驗室 Fabrication Technology Modern CMOS IC n SPTM(1 P 3 M) M 3 M 2 Via P 1 M 1 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 19
積體電路實驗室 Fabrication Technology Modern COMS IC n SPPM(1 P 5 M) M 5 M 4 Via 2 M 3 M 1 Via 1 P 1 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 20
積體電路實驗室 Fabrication Technology Modern CMOS IC n n State-of-the-art Technology 1 Cu technology M 9 M 8 M 7 M 6 M 5 M 4 M 3 M 2 M 1/P 1 Channel 1 A. S. Brown, “Fast films [IC interconnect insulation], IEEE Spectrum , Vol. 40(2) , pp. 36 -40, Feb 2003. 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 21
積體電路實驗室 Fabrication Technology 1. Dielectrics Cu Technology formation 3. Etching PR PR PR OX OX Spin-On / OX CVD Oxide. OX Underlyinglayers Si Sub 5. Removal 2. Photolithogrophy 4. Cu plating 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 22
積體電路實驗室 IC Families Bipolar IC 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 23
積體電路實驗室 IC Families NMOS IC 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 24
積體電路實驗室 IC Families CMOS IC 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 25
積體電路實驗室 Self-Aligned Process Flow LOCOS Chanstop VTH tuning 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 26
積體電路實驗室 Wafer in M 1 PR Si 3 N 4 Si. O 2 Substrate 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 27
積體電路實驗室 LOCOS isolation Active Area Bird’s beak Chanstop AA FOX B IMP 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 28
積體電路實驗室 Trench isolation Compact Active Area CMP Dry etching Oxidation 2020/10/26 Si. O 2 AA CVD FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 29
積體電路實驗室 Wells M 2 M 3 Phosphorus Implantation Boron Implantation 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 30
積體電路實驗室 Gate VTH tuning M 4 M 5 Arsenic Implantation. Boron Implantation 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 31
積體電路實驗室 Gate P 1 2020/10/26 M 6 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 32
積體電路實驗室 LDD extension Si. O 2 CVD M 7 Implantation Boron M 8 Arsenic Implantation Etch Back 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 33
積體電路實驗室 Source/Drain Electrodes M 10 M 9 Implantation Boron 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT Arsenic Implantation 逢甲大學 電子 程研究所 34
積體電路實驗室 Contact/M 1 M 11 Si. O 2 CVD CMP Ti. Si 2/Ti. N Ti. Formation Sputtering Ti. N removal Etch Back 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 35
積體電路實驗室 VIA 1 M 12 2020/10/26 Etching WCMP CVD Ti. N Sputtering FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 36
積體電路實驗室 M 2 Si. OPlasma 2 CVD Etching M 13 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 37
積體電路實驗室 VIA 2 M 12 2020/10/26 CMP FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 38
積體電路實驗室 M 2/Passivation Si Deposition Si. O 3 N 24 Deposition M 13 Al sputtering Plasma etching Si. O 2 deposition Si 3 N 4 deposition 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 39
積體電路實驗室 Layout design – Schematics INV NOR 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 40
積體電路實驗室 Layout Design – INV and NOR VDD OUT VSS IN A 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT B 逢甲大學 電子 程研究所 41
積體電路實驗室 Devices on Wafer 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 42
積體電路實驗室 Logic Gates Layout - INV VDD OUT IN OUT VSS 2020/10/26 IN FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 43
積體電路實驗室 Logic Gates Layout – NOR VDD OUT VSS A 2020/10/26 B FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 44
積體電路實驗室 Role of Computer Technology CAD n n n 2020/10/26 Virtual Fab / Fabless development Finding potential problems before fabrication Reducing developing time/costs FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 45
積體電路實驗室 Fabrication Equipment Crystal Growth Wafer Preparation Clean room Cleaning station Wafer carrier Pattern transferring Heat treatments Measurement 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 46
積體電路實驗室 Crystal Growth Vertical Horizontal 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 47
積體電路實驗室 Crystal Growth Czochralski method 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 48
積體電路實驗室 Crystal growth 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 49
積體電路實驗室 Crystal Growth Floating-zone method 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 50
積體電路實驗室 Crystal Growth Ingot 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 51
積體電路實驗室 Wafer Preparation Cutting Shaping Polishing 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 52
積體電路實驗室 Clean room 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 53
積體電路實驗室 Clean Room Factory 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 54
積體電路實驗室 Clean Room Factory 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 55
積體電路實驗室 Clean Room Garments 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 56
積體電路實驗室 Clean Room Production line 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 57
積體電路實驗室 Clean room Testing room 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 58
積體電路實驗室 Cleaning Station Wet bench 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 59
積體電路實驗室 Wafer Carrier 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 60
積體電路實驗室 Pattern Transferring Layout stream out Mask fabrication Transferring 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 61
積體電路實驗室 Pattern Transferring Resist inspection n After Develop Inspection (ADI) w Cross sectional view 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT Top view 逢甲大學 電子 程研究所 62
積體電路實驗室 Pattern Transferring Step and scan system Stepper 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 63
積體電路實驗室 Heat Treaments – Oxidation Furnace n n O 2 H 2 O H 2 + O 2 HCl or TCA w A cleaner RTO n 2020/10/26 Real temperature is unknown FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 64
積體電路實驗室 Heat Treatments Diffusion Rapid Thermal Annealing 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 65
積體電路實驗室 Measurement Electron microscopy Si. O 2 Si 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 66
積體電路實驗室 References Fabrication Technology n n n J. D. Plummer, M. D. deal, P. B. Griffin, “Silicon VLSI Technology – Funfamentals, Practice and Modeling, ” Prentice Hall Inc. , 2000(高立出版社). S. M. Sze, “VLSI Technology, ” Mc. Graw-Hill Book co. , 1988(新月圖書公司). S. M. Sze, “Semiconductor Devices – Physics and Technology, ” Bell Telephone Laboratories, Inc. , 1985(中央圖書出版社). Vacuum Technology n 呂登復, ”實用真空技術, ” 新竹黎明書店. Measurement Technology n D. K. Schroder, “Semiconductor Material and Device Characterization, ” John Wiley & Sons, Inc. , 1990(臺北圖書公司). Journals n Electronic Devices Society, IEEE w IEEE Trans. Electron. Dev. w IEEE Electron. Dev. Lett. w Internat’l Electron. Dev. & Mater. (IEDM) Conference 2020/10/26 FCUECE_DGL_VLSIT 逢甲大學 電子 程研究所 67