工艺技术_集成电路工艺课件

集成电路工艺 信息学院电子科学与技术 参考书 C Y Chang S M Sze ULSITechnology 王阳元等 集成电路工艺原理 M Quirk J Serda 半导体制造技术 成绩计算 平时成绩 出勤 作业 小测验 20 期终考试80 请假需有辅导员签名 补交作业 抄袭 扣分 本门课程共分几大块来介绍 一 绪论主要介绍微电子器件工艺的发展历史 集成电路的发展历史及工艺实例 二 硅的晶体结构主要介绍硅晶体的特点 晶向 晶面 缺陷 杂质等等 三 热处理及离子注入氧化 扩散 离子注入工艺四 薄膜工艺物理气相淀积 化学气相淀积 外延工艺五 图形转移工艺光刻与刻蚀六 工艺集成金属化与多层互连 工艺集成七 后工艺 测试减薄 蒸金 划片 烧结 键合 封装 测试 集成电路工艺分几大块技术 图形转移 将设计在掩膜版 类似于照相底片 上的图形转移到半导体单晶片上光刻 接触光刻 接近光刻 投影光刻 电子束光刻等刻蚀 干法刻蚀 湿法刻蚀掺杂 根据设计的需要 将适量的各种杂质掺杂在需要的位置上 形成晶体管 接触等离子注入 退火扩散 制膜 制作各种材料的薄膜氧化 干氧氧化 湿氧氧化等CVD APCVD LPCVD PECVDPVD 蒸发 溅射 Chap0绪论Chap1硅的晶体结构Chap2氧化Chap3扩散工艺Chap4离子注入工艺Chap5物理气相沉积Chap6化学气相淀积Chap7外延Chap8光刻与刻蚀工艺Chap9金属化与多层互连Chap10工艺集成Chap11后工艺Chap12器件的可靠性测试 集成电路制备主要工艺及设备 1 晶片制备2 前道工艺3 后道工艺 1 晶片制备 1 1单晶拉伸 在适当的温度下 将特制的籽晶与熔化于坩埚内的高纯多晶材料相接触 在籽晶与坩埚相对旋转的同时 按一定速度向上提拉籽晶 使熔体不断沿籽晶晶向结晶 直接拉制成单晶 相关设备 单晶炉 1 2切片 将半导体单晶按所需晶向切割成指定厚度的薄片相关设备 内圆切片机多刀切割机1 3倒角 由于刚切下来的晶片外边缘很锋利 硅单晶又是脆性材料 为避免边角崩裂影响晶片强度 破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒 必须用专用的设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸 相关设备 倒角机 1 4抛光 利用抛光剂对研磨后的晶片进行物理 化学的表面加工 以获取无晶格损伤的高洁净度 高平整度的镜面晶片 相关设备 单 双面抛光机单 多头抛光机1 5清洗 合理的清洗是保证硅片表面质量的重要条件 在晶片制备过程中需要多次清洗 以去除残留在晶片表面或边缘的废屑等 相关设备 清洗机冲洗甩干机 2 前道工艺 2 1外延 在单晶衬底晶片上生长一层具有与基片不同电子特性的薄硅层 相关设备 外延炉2 2氧化 在高温下 氧和水蒸气跟硅表面起化学作用 形成薄厚均匀的硅氧化层 相关设备 氧化炉 2 3化学汽相淀积 CVD 使一种或数种物质的气体以某种方式激活后 在衬底表面发生化学反应 并淀积所需固体薄膜 相关设备 CVD设备 2 4溅射 正离子受强电场加速 形成高能量的离子流轰击靶材 当离子的动能超过靶原子的结合能时 靶表面的原子就脱离表面 溅射到对面的阳极上 淀积成薄膜 相关设备 溅射台 2 5光刻 将掩模图形转印到涂有光刻胶的衬底晶片上 对准和曝光是光刻工艺中最关键的工序相关设备 接触 接近式曝光机分步投影曝光机2 6刻蚀 活性气体可使曝光区 在晶片表面建立几何图形 相关设备 刻蚀机 2 7离子注入 先使待掺杂的原子电离 再加速到一定能量使之 注入 到晶体中 经过退火使杂质激活 达到掺杂目的 相关设备 离子注入机 3 后道工艺 3 1探针测试 对晶圆上的每个电路进行电性能测试及特性测试 相关设备 探针测试台3 2划片 将具有集成电路管芯的圆片用金刚砂刃具 激光束等方法分割成单独的管芯以便封装 相关设备 砂轮划片机 3 3粘片 把集成电路芯片用银浆 银玻璃 低温焊料或共晶焊料装配到塑料封装的引线框架或陶瓷封装外壳底座上 相关设备 粘片机3 4引线键合 用金引线把集成电路管芯上的压焊点与外壳或引线框架上的外引线内引出端通过键合连接起来 相关设备 引线键合机 3 5封装 密封组件用作机械和外界保护 为保证封装质量 管壳必须具有良好的气密性 足够的机械强度 良好的电气性能和热性能 相关设备 塑封压机切筋打弯机打标机 3 6终测 又叫成品测试 目的是确保IC能满足最低电气规范化要求 并按不同要求分类 统计出分类结果和不同参数分布 供质量和生产部门参考 相关设备 数字集成电路测试系 Chap0绪论 微电子科学是在固体物理 微电子器件工艺和电子学三者的基础上发展起来的一门新的学科 近几年来 它发展迅速 主要归功于微电子器件工艺 即半导体工艺 的迅速发展 大规模集成电路和超大规模集成电路的诞生和发展 是微电子器件发展的里程碑 0 1微电子器件工艺的发展历史 大致分为三个阶段 1 生长法 在20世纪30 40年代 经过对半导体材料的性质及特点的深入研究和长时间的实践和探索 开始利用锗 硅晶体制造P N结 刚开始方法较为原始 它是在拉制锗 硅单晶体的过程中实现的 以锗单晶为例 由于熔化的晶体的导电类型为N型 或P型 在拉制过程中 某一时刻突然改变掺杂浓度 如放入某种受主杂质 或施主杂质 这样已拉制好的单晶 先头部分为N型 或P型 而后一部分就成为P型 或N型 然后将锗单晶切成小片 在P型和N型交界面处就形成了一个P N结 这就是晶体二极管 生长结晶体管 2 合金法 到了20世纪50年代 采用合金法制造PN结 它是将一个受主杂质 施主杂质 的小球 放在一块N型 P型 锗晶片上 然后 将它们一起放在高温下加热 使小球熔化 以合金方式浸入到锗晶体中 当晶片完全冷却后 小球上制成了合金二极管或合金三极管 3 扩散法 上述两种制备PN结的方法 虽然工艺十分简单 但是基区很难制的很薄 直接影响了晶体管的特性 因此 经过探索研究 找到了一种更好的方法 这就是扩散法 用这种方法可以把基区制得十分薄 而且电阻率可以不均匀 这样晶体管的电学特性就大大提高了 扩散法是在硅平面工艺基础上发展起来的 合金结晶体管 扩散 平面工艺发明人 JeanHoerni Fairchild 1958 1960 氧化p n结隔离Al的蒸发 平面工艺基本光刻步骤 光刻胶 掩膜版 应用平面工艺可以实现多个器件的集成 因为在硅片上用热生长氧化法能生长出具有优良电绝缘性能 又能掩蔽杂质扩散的二氧化硅层 此后 光刻技术 薄膜蒸发技术又先后被引进到半导体器件制造中来 这样 氧化 扩散 光刻 外延等技术相结合 导致硅平面工艺技术突飞猛进的发展 用扩散法制造的硅晶体管 其频率 功率 饱和压降和表面噪声等性能以及器件的稳定性 可靠性 大大超过了锗器件 这为集成电路制造技术奠定了基础 把电路所需要的晶体管 二极管 电阻器和电容器等元件用一定工艺方式制作在一小块硅片 玻璃或陶瓷衬底上 再用适当的工艺进行互连 然后封装在一个管壳内 使整个电路的体积大大缩小 引出线和焊接点的数目也大为减少 集成的设想出现在50年代末和60年代初 是采用硅平面技术和薄膜与厚膜技术来实现的 电子集成技术按工艺方法分为以硅平面工艺为基础的单片集成电路 以薄膜技术为基础的薄膜集成电路和以丝网印刷技术为基础的厚膜集成电路 比较 单片集成电路和薄膜与厚膜集成电路这三种工艺方式各有特点 可以互相补充 通用电路和标准电路的数量大 可采用单片集成电路 需要量少的或是非标准电路 一般选用混合工艺方式 也就是采用标准化的单片集成电路 加上有源和无源元件的混合集成电路 厚膜 薄膜集成电路在某些应用中是互相交叉的 厚膜工艺所用工艺设备比较简易 电路设计灵生产周期短 散热良好 所以在高压 大功率和无源元件公差要求不太苛刻的电路中使用较为广泛 另外 由于厚膜电路在工艺制造上容易实现多层布线 在超出单片集成电路能力所及的较复杂的应用方面 可将大规模集成电路芯片组装成超大规模集成电路 也可将单功能或多功能单片集成电路芯片组装成多功能的部件甚至小的整机 单片集成电路除向更高集成度发展外 也正在向着大功率 线性 高频电路和模拟电路方面发展 不过 在微波集成电路 较大功率集成电路方面 薄膜 厚膜混合集成电路还具有优越性 在具体的选用上 往往将各类单片集成电路和厚膜 薄膜集成工艺结合在一起 特别如精密电阻网络和阻容网络基片粘贴于由厚膜电阻和导带组装成的基片上 装成一个复杂的完整的电路 必要时甚至可配接上个别超小型元件 组成部件或整机 0 2集成电路的发展历史 随着硅平面工艺技术的不断完善和发展 到1958年 诞生了第一块集成电路 也就是小规模集成电路 SSI 到了20世纪60年代中期 出现了中规模集成电路 MSI 20世纪70年代前期又出现了大规模集成电路 LSI 20世纪70年代后期又出现了超大规模集成电路 VLSI 到了20世纪90年代就出现了特大规模集成电路 ULSI 可以说集成电路的集成度几乎以每年翻一番的速度高速发展 SSI 小型集成电路 晶体管数10 100 门数100 VLSI 超大规模集成电路 晶体管数100 000 1 000 000ULSI 特大规模集成电路 晶体管数 1 000 000GSI 极大规模集成电路 晶体管数 109SoC system on a chip SIP systeminpackaging VLSI 集成电路的制作可以分成三个阶段 硅晶圆片的制作 集成电路的制作 集成电路的封装 目前 硅晶圆片 wafer 是以8in 直径200mm 为主 集成电路的设计与制造的最小线宽约为0 25 0 18 m 平均而言 每一个8in硅晶圆片上要制作200 300个芯片面积在2cm2左右的集成电路 集成电路的制造工艺流程十分复杂 而且不同的种类 不同的功能 不同的结构的集成电路 其制造的工艺流程也不相同 人们通常以最小线宽 或称特征尺寸 硅晶圆片的直径和动态随机存储器的容量 来评价集成电路制造工艺的发展水平 在表0 1中列出了从1995年到2010年集成电路的发展情况和展望 等比例缩小原则Scalingdown 由欧洲电子器件制造协会 EECA 欧洲半导体工业协会 ESIA 日本电子和信息技术工业协会 JEITA 韩国半导体工业协会 KSIA 台湾半导体工业协会 TSIA 和半导体工业协会 SIA 合作完成 器件尺寸下降 芯片尺寸增加互连层数增加掩膜版数量增加工作电压下降 ITRS InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors 预言硅主导的IC技术蓝图 器件几何尺寸 Lg Wg tox xj 1 k衬底掺杂浓度N k电压Vdd 1 k 器件速度 k芯片密度 k2 器件的等比例缩小原则Constant fieldScaling downPrinciple k 1 4 集成电路的技术发展趋势 是向较大的硅圆晶片及较小的特征尺寸方向发展 这样 可以在其体积不变的情况下 不断增强集成电路的功能 降低使用的成本 但从另一方面看 为了减小特征尺寸 在工艺及设备上的研究和制造方面所花费的成本 也越来越高 一般讲要制造一个可制造的64MBDRAM的生产线 需要投资约10亿美元 集成电路技术的发展促使集成电路制造设备加工技术的提高 如电子束曝光 软X射线曝光 等离子 或反应离子 刻蚀 离子注入等一系列微细加工技术和计算机辅助工程 CAE 包括计算机辅助制造 CAM 计算机辅助测试 CAT 及计算机辅助设计 CAD 等技术也相继得到提高 同时 比如铜引线工艺 低K介质材料等新工艺也引起人们研究的兴趣 W Shockley J Bardeen W Brattain 1stpointcontacttransistorin1947 byBellLab 1956年诺贝尔物理奖 点接触晶体管 基片是N型锗 发射极和集电极是两根金属丝 这两根金属丝尖端很细 靠得很近地压在基片上 金属丝间的距离 50 m 1948年W Shockley提出结型晶体管概念 1950年第一只NPN结型晶体管 集成电路50年变迁 芯片制造商达到空前水平 据美国 连线 杂志报道 1958年 美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板 这标志着世界从此进入到了集成电路的时代 集成电路具有体积小 重量轻 寿命长和可靠性高等优点 同时成本也相对低廉 便于进行大规模生产 在近50年的时间里 集成电路已经广泛应用于工业 军事 通讯和遥控等各个领域 用集成电路来装配电子设备 其装配密度相比晶体管可以提高几十倍至几千倍 设备的稳定工作时间也可以大大提高 以下为集成电路50年来的简要发展和应用情况 1 第一块集成电路板 几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起 就形成了历史上第一个集成电路 虽然它看起来并不美观 但事实证明 其工作效能要比使用离散的部件要高得多 历史上第一个集成电路出自杰克 基尔比之手 当时 晶体管的发明弥补了电子管的不足 但工程师们很快又遇到了新的麻烦 为了制作和使用电子电路 工程师不得不亲自手工组装和连接各种分立元件 如晶体管 二极管 电容器等 很明显 这种做法是不切实际的 于是 基尔比提出了集成电路的设计方案 第一块单片IC 2 半导体设备与铅结构模型 其实 在20世纪50年代 许多工程师都想到了这种集成电路的概念 美国仙童公司联合创始人罗伯特 诺伊斯就是其中之一 在基尔比研制出第一块可使用的集成电路后 诺伊斯提出了一种 半导体设备与铅结构 模型 1960年 仙童公司制造出第一块可以实际使用的单片集成电路 诺伊斯的方案最终成为集成电路大规模生产中的实用技术 基尔比和诺伊斯都被授予 美国国家科学奖章 他们被公认为集成电路共同发明者 3 分子电子计算机 虽然集成电路优点明显 但仍然有很长时间没有在工业部门得到实际应用 相反 它却首先引起了军事及政府部门的兴趣 1961年 德州仪器为美国空军研发出第一个基于集成电路的计算机 即所谓的 分子电子计算机 美国宇航局也开始对该技术表示了极大兴趣 当时 阿波罗导航计算机 和 星际监视探测器 都采用了集成电路技术 4 集成电路应用于导弹制导系统 1962年 德州仪器为 民兵 I 型和 民兵 II 型导弹制导系统研制22套集成电路 这不仅是集成电路第一次在导弹制导系统中使用 而且是电晶体技术在军事领域的首次运用 到1965年 美国空军已超越美国宇航局 成为世界上最大的集成电路消费者 5 戈登 摩尔提出摩尔定律 英特尔公司的联合创始人之一戈登 摩尔也在集成电路的早期发展进程中扮演着重要的角色 早在1965年 摩尔就曾对集成电路的未来作出预测 他推算 到1975年每块芯片上集成的电子元件数量将达到65000个 而实际上 每过12个月芯片上集成的电子元件数量都会翻一番 这就是现在我们所了解的计算机 摩尔定律 摩尔定律 Moore sLaw 技术节点特征尺寸 DRAM 硅集成电路二年 或二到三年 为一代 集成度翻一番 工艺线宽约缩小30 芯片面积约增1 5倍 IC工作速度提高1 5倍 6 Busicom141 PF 计算机 在20世纪60年代 计算机通常都是笨重的庞然大物 集成电路的出现改变了计算机这一形象 1969年 英特尔公司为日本计算机公司最新研发的 Busicom141 PF 计算机设计12块芯片 但英特尔公司的工程师泰德 霍夫等人却根据日本公司的需求提出了另一套设计方案 于是诞生了历史上第一个微处理器 4004 7 英特尔4004微处理器 随着历史的前进 集成电路早已让路于微处理器 英特尔公司的4004微处理器虽然并不是首个商业化的微处理器 但却是第一个在公开市场上出售的计算机元件 据霍夫介绍 4004微处理器的计算能力其实并不输于世界上第一台计算机ENIAC 电子数字积分计算机 但却比ENIAC小得多 ENIAC使用了18000个真空管 占据了整个房间 8 普尔萨 数字手表 继便携式计算器和数字手表之后 集成电路的下一个主要商业应用也许就是 手腕计算机 Microma 液晶数字表是应用 系统芯片 技术的首款产品 汉米尔顿公司推出的 普尔萨 是世界上第一只数字手表 1970年 普尔萨刚刚上市时售价为2100美元 9 集成电路工艺突飞猛进 如今 芯片制造商 如英特尔 AMD等公司 生产的芯片上所集成的晶体管数量已达到了空前的水平 而且每个晶体管的体积变得非常微小 比如 一个针尖上可以容纳3000万个45毫微米大小的晶体管 此外 现在的处理器上单个晶体管的价格仅仅是1968年晶体管价格的百万分之一 ExplosiveGrowthofComputingPower PentiumIV 1sttransistor1947 1stelectroniccomputerENIAC 1946 VacuumTuber 1stcomputer 1832 MacroelectronicsMicroelectronicsNanoelectronics 2003Itanium2 19714004 2001PentiumIV 1989386 2300 134000 410M 42M 1991486 1 2M transistor chip 10 m1 m0 1 m transistorsize HumanhairRedbloodcellBacteriaVirus Nocompletetechnologicalsolutionavailable Physicalgatelengthinnm Year Wearehere ITRS theInternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors Source Drain 1 世界集成电路的发展历史1947年 贝尔实验室肖克莱等人发明了晶体管 这是微电子技术发展中第一个里程碑 1950年 结型晶体管诞生 1950年 ROhl和肖特莱发明了离子注入工艺 1951年 场效应晶体管发明 1956年 CSFuller发明了扩散工艺 1958年 仙童公司RobertNoyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路 开创了世界微电子学的历史 1960年 HHLoor和ECastellani发明了光刻工艺 1962年 美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管 1963年 F M Wanlass和C T Sah首次提出CMOS技术 今天 95 以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺 1964年 Intel摩尔提出摩尔定律 预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍 1966年 美国RCA公司研制出CMOS集成电路 并研制出第一块门阵列 50门 1967年 应用材料公司 AppliedMaterials 成立 现已成为全球最大的半导体设备制造公司 1971年 Intel推出1kb动态随机存储器 DRAM 标志着大规模集成电路出现 1971年 全球第一个微处理器4004由Intel公司推出 采用的是MOS工艺 这是一个里程碑式的发明 1974年 RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802 1976年 16kbDRAM和4kbSRAM问世 1978年 64kb动态随机存储器诞生 不足0 5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管 标志着超大规模集成电路 VLSI 时代的来临 1979年 Intel推出5MHz8088微处理器 之后 IBM基于8088推出全球第一台PC 1981年 256kbDRAM和64kbCMOSSRAM问世 1984年 日本宣布推出1MbDRAM和256kbSRAM 1985年 80386微处理器问世 20MHz 1988年 16MDRAM问世 1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管 标志着进入超大规模集成电路 ULSI 阶段 1989年 1MbDRAM进入市场 1989年 486微处理器推出 25MHz 1 m工艺 后来50MHz芯片采用0 8 m工艺 1992年 64M位随机存储器问世 1993年 66MHz奔腾处理器推出 采用0 6 工艺 1995年 PentiumPro 133MHz 采用0 6 0 35 工艺 1997年 300MHz奔腾 问世 采用0 25 工艺 1999年 奔腾 问世 450MHz 采用0 25 工艺 后采用0 18 m工艺 2000年 1GbRAM投放市场 2000年 奔腾4问世 1 5GHz 采用0 18 工艺 2001年 Intel宣布2001年下半年采用0 13 工艺 2003年 奔腾4E系列推出 采用90nm工艺 2005年 intel酷睿2系列上市 采用65nm工艺 2007年 基于全新45纳米High K工艺的intel酷睿2E7 E8 E9上市 2009年 intel酷睿i系列全新推出 创纪录采用了领先的32纳米工艺2011年 intelP127022纳米近日Intel布了旗下未来处理器生产工艺蓝图 其中首先将在年底登场的22nm工艺将在多个工厂实现量产 而在2013年出现14nm工艺技术 到2015年则会有10nm工艺 2013年 P127214纳米2015年 P127410纳米 2 我国集成电路的发展历史 我国集成电路产业诞生于六十年代 共经历了三个发展阶段 1965年 1978年 以计算机和军工配套为目标 以开发逻辑电路为主要产品 初步建立集成电路工业基础及相关设备 仪器 材料的配套条件 1978年 1990年 主要引进美国二手设备 改善集成电路装备水平 在 治散治乱 的同时 以消费类整机作为配套重点 较好地解决了彩电集成电路的国产化 1990年 2000年 以908工程 909工程为重点 以CAD为突破口 抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设 为信息产业服务 集成电路行业取得了新的发展 中国华大集成电路设计中心 2001年03月 国务院第300号令颁布 集成电路布图设计保护条例 2001年10月1日起施行 2001年09月 国务院发布国办函 2001 51号函 对集成电路产业政策作了补充和完善 2002年07月 科技部批复国家重大科技专项 超大规模集成电路和软件 软件部分 该专项正式启动 注释 该软件专项的总体目标为研制包括系统软件 操作系统 数据库管理软件 中间件平台和重大应用软件在内的中国自主网络软件核心平台 该专项国拨经费6亿元 其中操作系统2 5亿元 数据库管理系统2亿元 重大应用共性软件及示范1亿元 软件技术标准体系和软件技术创新体系5000万元 2002年10月 香港华润集团完成整体收购无锡华晶电子集团 标志着集成电路国企改组改制步伐加快 2003年 国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项 集成电路与软件重大专项 并实施了 国家集成电路人才培养基地 计划 2003年10月 教育部 科技部批准九所大学为首批国家集成电路人才培养基地的建设单位 注释 首批基地为清华 北大 浙大 复旦 西安电子科技大学 上海交大 东南 电子科技大学 华中科大 2004年8月 教育部又批准了北航 西安交大 哈工大 同济 华南理工和西北工大等六所高校为人才培养基地的建设单位 并同意北工大和中山大学开展筹建工作 至此 国家集成电路人才培养基地的布局初步形成 整个计划的目标是通过6 8年的努力 培养4万名集成电路设计人才和1万名集成电路工艺人才 2003年12月 中国集成电路总产量首次突破100亿块 2004年08月 教育部批准六所高校为国家集成电路人才培养基地的建设单位 并同意北京工业大学和中山大学开展筹建工作 2004年09月 中芯国际12英寸芯片厂在北京投产 标志中国IC制程进入300mm时代 注释 中芯国际总部位于上海 提供0 35um到45nm芯片代工与技术服务 目前 该公司在上海建有一座300mm芯片厂和三座200mm芯片厂 在北京建有两座300mm芯片厂 在天津建有一座200mm芯片厂 在深圳有一座200mm芯片厂在兴建中 在成都拥有一座封装测试厂 此外 中芯代成都成芯半导体制造有限公司经营管理一座200mm芯片厂 也代武汉新芯集成电路制造有限公司经营管理一座300mm芯片厂 2004年11月 台积电上海松江厂建成投产 2005年01月 国家鼓励的集成电路企业认定实施细则 正式发布 2005年03月 信息产业部 财政部 国家发改委联合出台 集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法 2005年04月 中国自主研发的 龙芯2号 处理器正式问世 标志着中国告别无 中国芯 的时代 注释 该芯片由中科院计算所研发 与当时国际领先的CPU性能相比 龙芯2号 的差距为4年 但功能已足够使用 相当于中档奔腾 处理器的水平 最高频率为500MHz 集成了1350万个晶体管 采用0 18微米工艺 单精度峰值浮点运算速度是20亿次 秒 双精度峰值浮点运算速度为10亿次 秒 2006年08月 中国半导体行业协会加入世界半导体理事会 2006年12月 中国集成电路总销售额首次突破千亿元大关 2007年12月 中国集成电路总封装能力超过500亿块 2008年02月 财税 2008 1号文件发布企业所得税若干优惠政策 其中规定了对投资超过80亿元人民币或集成电路线宽小于0 25um的集成电路企业的所得税优惠 2009年01月 3G牌照正式发放 3个技术标准TD SCDMA WCDMA和CDMA2000分别由移动 联通和电信获得 2009年06月 WAPI产业联盟宣布 WAPI已获得国际标准组织ISO IECJTC1 SC6的提案邀请 将作为独立标准重新进入国际标准流程 注释 作为无线局域网领域的两个标准之一 WAPI早在2003年即被中国颁布为国家标准 相比另一个由美国主导的WiFi标准 WAPI标准具有明显的安全和技术优势 不像WiFi标准那样存在安全缺陷 据称 WAPI标准迄今未被发现有安全技术漏洞 0 3IC技术发展历程 基本器件 MOS器件 高密度 更低功耗 更大的设计灵活性NMOS PMOS CMOSBJT BipolarJunctionTransistor 模拟电路及高速驱动 n n p p CMOS BJT 1960sBJT 气相掺杂 外延p n结隔离6 8次光刻 1970sE DNMOS LOCOS隔离技术LocalOxidationofSilicon耗尽型NMOS面积减小 集成度提高光刻版数量与BJT相近 E D 1980sCMOS 低功耗 散热集成度提高12 14块光刻版 1990sBiCMOS CMOS实现高集成度的内部电路BJT实现输出驱动电路光刻版 20块 0 4集成电路制造工艺实例 一 半导体器件工艺的特点1 高技术密集性 工艺流程长 工序多 专用设备数不胜数 整个制造过程采用大量新技术及设备 因此对操作人员的技术素质要求极高 2 超级洁净要求 半导体器件对各种杂质玷污均有极高的敏感性 因此 整个工艺过程都要在净化室内进行 整个系统设备要经过净化 所用原材料 试剂必须是特纯的 气体与水必须是经过净化的高纯气体及高纯水 3 高精度的自动化操作 半导体器件的结构参数要求非常准确 加工条件要控制到微米甚至纳米级的精度 因此必须采用高精度的自动化操作 以保证器件的高可靠性 二 工艺流程 集成电路种类繁多 其制造工艺也不完全相同 但是一些经典制造工艺还是相同的 下面举三个例子加以说明 1 硅外延平面晶体管工艺流程 2 双极型集成电路工艺流程 3 CMOS倒相器管芯制造流程 0 3 1硅外平面晶体管工艺流程 以3DK2晶体管为例 介绍硅外延平面晶体管的工艺流程 如图0 1所示 图0 1硅外延平面晶体管的工艺流程图 1 衬底制备 选用N 型单晶 通过切 磨 抛光获得表面光亮 平整 无伤痕 并厚度符合要求的硅片 2 外延 在衬底上生长一层N型硅单晶层 称为外延层 不同器件外延层参数要求不同对于3DK2来说 外延层电阻率为0 8 1 cm 厚度为7 10 m 3 一次氧化 将硅片在高温下氧化 使其表面生成一层厚度为0 5 0 7 的sio2层 以达到对杂质扩散起保护作用的目的 上述三步如图0 2 a 所示 图0 2 a 衬底制备 外延 一次氧化 4 基区光刻 在氧化层上用光刻技术开出基区窗口 如图0 2 b 所示 利用氧化层对杂质扩散的掩蔽作用 使硼杂质通过窗口进入硅中形成P 区 图0 2 b 一次光刻后图形 5 硼预扩散 浓基区扩散 硼扩散是形成基区 通常分为预扩散和主扩散两步进行 如图0 2 c 所示 图0 2 c 硼预扩散 6 二次光刻 除去硅表面基区部分的氧化层 如图0 2 d 所示 图0 2 d 二次光刻后图形 7 硼再分布 淡基区扩散 基区光刻窗口 在高温下硼杂质进行再分布 同时进行二次氧化 如图0 2 e 所示 图0 2 e 硼再分布和二次氧化 8 发射区光刻 用光刻技术开出发射区窗口 如图0 2 f 所示 使磷杂质沿此窗口进入硅片中 图0 2 f 发射区光刻后的图形 9 发射区扩散 磷扩散 及三次氧化 磷杂质沿发射区窗口内沉积磷原子 形成N 发射区 同时进行三次氧化 如图0 2 g 所示 图0 2 g 发射区扩散和三次氧化 10 引线孔光刻 刻出基区和发射区的电极引线接触