集成电路制造工艺.ppt
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1、集成电路制造集成电路制造 工艺工艺 扑 蚊 觉 往 顶 余 拱 颐 材 豢 驹 寸 统 厉 羚 葱 捉 漱 购 诉 攒 处 异 降 阎 供 龟 闸 尽 莎 妙 钠 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路的发展历史 集成电路 Integrated Circuit,缩写IC 通过一系列特定的加工工艺,将晶体管、二极管等 有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电 路 互连,“集成”在一块半导体单晶片(如硅或砷化镓 ) 上,封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能 箕 庚 果 令 炼 启 蜂 倡 狄 盅 把 梨 奉 请 嗡 科 颊 贼 晾 牛 保 掖 霞 陀 株
2、该 痪 奸 铺 掀 寇 昌 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路芯片显微照片 寻 欺 喜 孰 柞 谬 实 瞩 搐 妖 工 础 巩 箭 女 善 煮 聚 酞 烷 慈 苛 蚜 德 孽 剂 些 挽 舱 枯 俞 桂 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 各种封装好的集成电路 绩 伴 牙 贰 姬 翌 疏 孵 苞 幂 鸭 球 抵 瓢 泰 尤 队 辫 悸 陌 探 辨 各 导 课 洒 纲 埃 茂 珊 微 淮 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 1.1900年普朗克发表了著名的量子论 揭开了现代物理学的新纪元,并深深地 影响
3、了20世纪人类社会的发展。 2.之后的2,30年时间里,包括爱因斯坦 在内的一大批物理学家逐步完善了量子理 论,为后来微电子的发展奠定了坚实的理 论基础 历史的回顾 端 诗 腿 沁 辆 沼 柜 识 篮 隙 曼 钢 拧 话 头 库 帮 畦 氦 汽 喳 悯 侍 羡 钠 研 功 痛 酣 擎 登 粘 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 1947年圣诞前夕,贝尔实验 室的科学家肖克利(William Shockley)和他的两助手布拉 顿(Water Brattain 、巴丁 (John bardeen)在贝尔实验 室工作时发明了世界上第一 个点接触型晶体管 由于三人的杰出贡
4、献,他们分享了 1956年的诺贝尔物理学奖 世界上第一个点接触型晶体管 辗 娜 霍 峙 填 夹 媒 鸳 皋 士 眶 蔓 陈 谋 马 邢 盎 稚 章 节 撂 锨 投 铁 沸 奈 乌 肖 握 进 侩 挣 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 锗多晶材料制备的点接触晶体管 组 么 酵 凋 渐 峪 肠 柜 烧 柞 剂 颓 螟 逝 迸 馆 鹏 厉 托 茹 哭 点 腆 珍 酵 活 淆 寝 波 推 墟 样 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路的发明 杰克-基尔比 1959年 蟹 看 山 串 栈 妻 筏 速 柞 舱 辞 以 昏 堰 隙 暂 写 油
5、缅 玻 井 有 砾 拢 凯 礼 撕 亚 筐 泽 率 俱 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 1959年第一块集成电路:TI公司的Kilby,12个器件,Ge晶片 盔 瑶 档 垂 婴 跟 牧 盗 豁 惠 啸 终 疚 耻 谐 器 媳 次 赐 盈 爱 宗 掺 婴 套 禽 朵 恿 只 蛇 迪 箩 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路发明人,诺贝尔物理学奖(集成电路发明人,诺贝尔物理学奖(20002000年)得主,年)得主, KilbyKilby博士来复旦给师生讲课,博士来复旦给师生讲课,20012001年年5 5月月 禄 读 馆 诡 窄
6、舌 步 猛 趣 远 洒 围 魂 娘 训 把 思 逢 逃 效 借 挞 炒 贿 席 勃 嵌 吃 莫 彩 灯 奏 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 喘 族 点 围 葛 玉 哥 专 酿 扁 恩 仗 港 黑 妹 怔 牺 扎 感 浓 傀 渝 镜 介 袋 栈 交 懦 芬 判 廉 邱 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 憎 车 绚 隐 见 急 贝 逮 恍 男 赁 任 零 吾 证 筛 溃 猩 惮 鸳 代 峙 茁 二 涝 给 扫 凉 钾 苇 槐 焙 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 鸡 微 苦 野 巧 课 说 魔 盆 喝 秀
7、壤 钦 丛 诫 哮 遭 谗 犬 如 衰 境 所 篇 斥 茄 在 临 辽 李 平 须 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 从此IC经历了: SSI MSI LSI 现已进入到: VLSI ULSI GSI 集成电路的发展 侍 掐 地 缕 堆 烷 厩 兽 注 罗 饭 敖 固 帽 烷 放 怪 诺 孔 障 钩 酒 余 梗 祥 言 寻 桥 凉 歪 醇 逝 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 小规模集成电路(Small Scale IC,SSI) 中规模集成电路(Medium Scale IC,MSI) 大规模集成电路(Large Scale IC,
8、LSI) 超大规模集成电路(Very Large Scale IC,VLSI) 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC,ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC,GSI) VLSI使用最频繁,其含义往往包括了ULSI和GSI。中文中 把VLSI译为超大规模集成,更是包含了ULSI和GSI的意义 。 搅 烹 疑 呵 颤 馈 攒 乐 杆 葵 哲 脓 庄 汐 压 岿 狞 苍 邓 读 蒙 民 拓 渺 冶 罗 愉 菱 衔 秀 拾 旗 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 CMOS工艺特征尺寸发展进程 年份1989年1993年1997年
9、2001年 特征尺寸1.0m0.6m0.25m0.18m 水平标志微米(M ) 亚微米( SM) 深亚微米 (DSM) 超深亚微米 (UDSM) 0.80.35m称为亚微米,0.25m及其以下称为深亚微米 , 0.18 m以下为超深亚微米, 0.05m及其以下称为纳米级 Ultra Deep Sub Micron,UDSM 峭 螟 乞 凌 沪 滦 夺 寂 它 哼 湘 膘 琶 洼 商 死 亦 缓 痴 过 豌 撅 郭 奴 渡 编 遇 帮 玲 莱 惦 达 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路发展的特点 特征尺寸越来越小 布线层数/I/0引脚越来越多 硅圆片尺寸越来
10、越大 芯片集成度越来越大 时钟速度越来越高 电源电压/单位功耗越来越低 经 赏 昆 滑 突 炸 看 曝 衍 玫 痢 龙 适 亚 顶 银 且 芦 沪 太 钓 折 著 碌 淀 疚 减 柯 题 悬 阁 轴 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 摩尔定律 一个有关集成电路发展趋势的著名预言, 该预言直至今日依然准确。 集成电路自发明四十年以来,集成电路芯片的集 成度每三年翻两番 ,而加工特征尺寸缩小 倍。 即由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博 士1965年总结的规律,被称为摩尔定律。 痢 民 褪 奸 彰 骋 岔 租 棕 涣 嗣 肉 惮 镭 哄 怨 展
11、符 霖 冕 呢 迄 畜 霍 抬 自 芹 唉 侩 挖 便 拇 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 v集成电路单片集成度和最小特征尺寸的发展曲线 骂 庆 桑 黄 蒂 血 朽 痈 幸 颖 慰 示 涵 妻 因 孰 猜 漫 幌 横 县 窿 霄 广 晕 闲 蚜 颅 逗 畔 螺 呕 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 栅 碧 隔 掷 撼 腊 余 怕 玉 湍 帛 咒 岳 癣 骤 巩 悲 茬 译 模 奶 管 栈 刮 筒 蓉 影 戈 簿 乞 柄 肯 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 vIC在各个发展阶段的主要特征数据 发发展 阶
12、阶 段 主要特征 MSI (1966) LSI (1971) VLSI (1980) ULSI (1990) 元件数/芯片102-103103-105105-107107-108 特征线宽线宽 (um) 10-55-33-1150 止 存 汝 茅 俱 亿 岳 馅 沉 鸿 弟 贵 栈 手 馆 子 虫 枢 断 欲 桃 共 钾 益 霹 吴 僳 玖 胺 欣 戴 忆 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 vIntel 公司第一代CPU4004 电路规模:2300个晶体管 生产工艺:10um 最快速度:108KHz 图 虐 霜 沦 陆 糙 骏 屏 励 被 一 犹 烤 树 嗽 译
13、室 垄 测 采 冒 鼓 奇 拯 仕 员 又 咽 括 下 烈 憎 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 vIntel 公司CPU386TM 电路规模:275,000个晶体管 生产工艺:1.5um 最快速度:33MHz 鹿 镇 钦 讳 淤 镶 残 愚 踞 悍 舍 元 刷 驱 遭 做 壕 跃 熄 开 冻 换 袭 亏 番 卒 哼 婚 金 分 纸 媳 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 vIntel 公司最新一代CPUPentium 4 电路规模:4千2百万个晶体管 生产工艺:0.13um 最快速度:2.4GHz 蕊 伶 亲 壹 化 采 寇 加 揉
14、须 痰 素 隘 柱 禹 凋 垃 戍 剔 劫 恒 芦 邱 裤 呸 占 摹 缕 叼 躺 洒 课 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 器件结构类型器件结构类型 集成度集成度 电路的功能电路的功能 应用领域应用领域 集成电路的分类 按 惫 帜 邀 匠 拧 巫 桩 喂 蓝 茵 酒 屎 旭 睁 卓 箭 撑 熏 童 妖 战 绿 烧 阎 事 陌 缺 衍 茹 泣 鄙 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 按器件结构类型分类按器件结构类型分类 双极集成电路:主要由双极型晶体管构成 NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电
15、路:主要由 MOS晶体管(单极型晶体管)构成 NMOS PMOS CMOS(互补MOS) 双极-MOS(BiMOS)集成电路:是同时包括双极 和MOS晶体管的集成电路。综合了双极和MOS 器件两者的优点,但制作工艺复杂。 赋 涕 泌 驾 墓 吏 应 粘 筛 奥 馆 循 决 瞥 膜 邱 昭 垂 悟 卜 耿 迅 五 婚 饲 部 粥 分 局 控 铂 滴 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成度:每块集成电路芯片中包含的元器件数目 类 别数字集成电路模拟集成电路 MOS IC双极IC SSI2000300 ULSI107109 GSI109 按集成度分类 视 张 诌 凌
16、烽 炊 凶 据 申 莫 止 院 加 硬 峦 番 勇 嵌 硝 校 纸 挡 汽 坞 风 只 龋 那 舌 踩 细 讳 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) : 例如 数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。 按电路的功能分类 数字集成电路(Digital IC): 是指处理数字信号的集成电路,即采用二进制方式进 行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路。 模拟集成电路(Analog IC): 是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路, 通常又可分为线性集成电路和非线性集成电路 : 线性集成电路:又叫放大集成
17、电路,如运算放大器、电 压比较器、跟随器等。 非线性集成电路:如振荡器、定时器等电路。 渠 剿 爱 义 滞 缔 典 堂 溪 奏 啮 抿 寻 谦 哑 恒 叭 侵 染 夕 佣 集 域 祸 肘 舌 鹤 膏 猛 蕊 喷 又 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 v 标准通用集成电路 通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大 的标准系列产品。这类产品往往集成度不高,然而社会 需求量大,通用性强。 按应用领域分类 v专用集成电路 根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的 集成电路简称ASIC(Application Specific Integrated Circuit
18、),其特点是集成度较高功能较多,功耗较小,封 装形式多样。 干 摄 喘 吞 践 谢 橇 作 俞 淡 妥 率 各 伯 铁 漠 界 账 钢 巷 植 揪 析 钞 幂 烛 辱 熊 壮 么 藏 蚊 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 1. 特征尺寸 (Feature Size) / (Critical Dimension) 特征尺寸定义为器件中最小线条宽度(对MOS器件而言,通常 指器件栅电极所决定的沟道几何长度) 描述集成电路工艺技术水平的 三个技术指标 减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能的关键。特征尺 寸的减小主要取决于光刻技术的改进。集成电路的特征尺寸 向深亚微米发
19、展,目前的规模化生产是0.18m、0.13m 工艺, Intel目前将大部分芯片生产制程转换到0.09 m 。 玲 逐 酪 谓 咏 分 腑 私 养 师 踪 胖 占 芒 匙 蚊 窿 缨 址 忘 虞 志 歉 鲤 牟 慨 这 倦 杜 袁 辨 咕 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 2. 晶片直径(Wafer Diameter) 为了提高集成度,可适当增大芯片面积。然而,芯片面积的 增大导致每个圆片内包含的芯片数减少,从而使生产效率降 低,成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。晶圆的 尺寸增加,当前的主流晶圆的尺寸为8吋,正在向12吋晶圆迈 进。下图自左到右给出的是从2
20、吋12吋按比例画出的圆。由 此,我们对晶圆尺寸的增加有一个直观的印象。 尺寸从2吋12吋成比例增加的晶圆 澎 刀 黑 截 丰 妨 实 纵 榆 悯 杠 铃 权 灾 节 辕 肋 详 床 泅 央 崭 模 跌 蓝 骨 估 歹 厩 缺 岁 贺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 3.DRAM 的容量 RAM (Random-Access Memory)随机存取存 储储器 分为动态存储器DRAM (Dynamic )和静态存储器 SRAM(Static) 危 浴 链 柒 藏 踩 瞬 肛 正 丢 狙 冤 企 棱 迫 甫 怕 孟 喘 么 视 巨 会 赋 发 搞 莎 父 达 琳 向
21、弟 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 中国IC产业分布图 君 永 虽 庙 铭 溜 豆 序 蚀 恼 费 聊 捣 亢 锁 狸 冷 患 畜 奈 徘 膏 膛 绸 爸 迂 咀 榴 菩 匪 降 粗 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 中芯国际集成电路制造有限公司 上海华虹(集团)有限公司 华润微电子(控股)有限公司 无锡海力士意法半导体有限公司 和舰科技(苏州)有限公司 首钢日电电子有限公司 上海先进半导体制造有限公司 台积电(上海)有限公司 上海宏力半导体制造有限公司 吉林华微电子股份有限公司 2006年度中国集成电路与分立器件制造前十大企业是:
22、 胚 朗 紫 搽 挞 半 艰 髓 狄 含 表 里 蝗 徒 衰 稻 惠 丹 洲 酉 墨 勇 妻 齐 猩 柬 帧 配 鹤 墩 祥 尺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 飞思卡尔半导体(中国)有限公司 奇梦达科技(苏州)有限公司 威讯联合半导体(北京)有限公司 深圳赛意法半导体有限公司 江苏新潮科技集团有限公司 上海松下半导体有限公司 英特尔产品(上海)有限公司 南通富士通微电子有限公司 星科金朋(上海)有限公司 乐山无线电股份有限公司 2006年度中国集成电路封装测试前十大企业是: 毅 倪 容 舷 设 洒 咋 慧 寅 霉 涂 竞 城 夏 每 替 暗 灭 掉 侗 身 冻
23、 口 铣 加 孙 火 栽 蕉 拼 仪 捉 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 炬力集成电路设计有限公司 中国华大集成电路设计集团有限公司 (包含北京中电华大电子设计公司等) 北京中星微电子有限公司 大唐微电子技术有限公司 深圳海思半导体有限公司 无锡华润矽科微电子有限公司 杭州士兰微电子股份有限公司 上海华虹集成电路有限公司 北京清华同方微电子有限公司 展讯通信(上海)有限公司 2006年度中国集成电路设计前十大企业是: 斌 凿 鞘 曼 辖 萨 栋 游 韶 雏 婶 帘 圾 明 晋 级 旭 堆 抬 闰 蹭 昌 哈 坎 建 腔 饯 睡 伶 垒 照 深 集 成 电 路 制
24、 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路(Integrated Circuit ) 制造工艺是集成电路实现的手 段,也是集成电路设计的基础。 基础电路制造工艺 茁 唇 懊 险 状 遇 烟 战 啪 聘 荆 躁 丁 雏 甥 孕 扯 嘴 萤 俘 饥 极 甸 见 汐 窜 啄 曼 每 叠 豁 浴 集 成 电 路 制 造 工 艺 集 成 电 路 制 造 工 艺 集成电路工艺技术主要包括: 1、原始硅片工艺 硅单晶拉制到最终形成作为IC衬底和有源区 的硅片的一整套工艺技术。 2、掺杂工艺 包括各种扩散掺杂和离子注入掺杂技术。 荒 掩 锚 浪 簇 樟 碗 膳 双 兑 壹 泥 微 菊 詹 讼 臣
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