半导体制造技术第一章：绪论

1、 n教材：教材： 半导体制造技术半导体制造技术中文版，韩郑生等译，中文版，韩郑生等译， 电子工业出版社电子工业出版社 2004，国外电子与通信教材系列。，国外电子与通信教材系列。 n参考教材：参考教材： 1.集成电路工艺基础集成电路工艺基础，王阳元等编著，高等教育出，王阳元等编著，高等教育出 版社。版社。 2.微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术，Stephen A. Campbell著，电子工业出版社。著，电子工业出版社。 3.集成电路制造技术集成电路制造技术原理与实践原理与实践，庄同曾编，电，庄同曾编，电 子工业出版社。子工业出版社。 * S.M. Sze, VLSI

2、Technology，2nd Edition, McGraw-Hill n总学时数：总学时数：32学时学时 n每周一、三的上午第每周一、三的上午第3、4节节 n相关课程：相关课程： “集成电路原理集成电路原理” “微电子器件微电子器件” “集成电路工艺实验集成电路工艺实验” 1.提高到课率和听课率，严格考勤、实行请假提高到课率和听课率，严格考勤、实行请假 制度制度 2.采取采取“教学互动教学互动”的教学方式，欢迎用电子的教学方式，欢迎用电子 邮件传送疑难问题邮件传送疑难问题 3.考试方式：闭卷，平时成绩（到课率、交作考试方式：闭卷，平时成绩（到课率、交作 业）占业）占30，期末考试，期末考试7

3、0 n任课教师：张国俊任课教师：张国俊 电子邮箱：电子邮箱： 电话：电话：02883207780 n任课教师：伍荣翔任课教师：伍荣翔 电子邮箱：电子邮箱： 电话：电话：028 83205760 IC费用费用 12英寸英寸8英寸英寸6英寸英寸 45 nm 90 nm 0.18 m 0.5 m 0.5 m 1.0 m 制版费制版费 （每套）（每套） 450 万元万元 250 万元万元 190 万元万元 20 万元万元 12 万元万元 流片费流片费 （每晶圆）（每晶圆） 1.0 万元万元 0.7 万元万元 0.5 万元万元 单位：万元人民币单位：万元人民币 集成电路产业是以集成电路产业是以IC设计业

4、、设计业、IC芯片制造业、芯片制造业、IC封封 装测试业等三业为主的产业链结构。装测试业等三业为主的产业链结构。 ICIC设计设计 市场市场ICIC芯片制造芯片制造 ICIC封装测试封装测试 ICIC支撑支撑 仿真软件公司 硅片材料厂 半导体设备厂 测试仪器公司 IDM（Integrated Device Manufacturer）模式）模式 同一家公司完成所有流程同一家公司完成所有流程 Fabless + Foundry模式模式 IC设计公司（设计公司（Fabless）：负责设计和市场。）：负责设计和市场。 IC代工厂（代工厂（Foundry）：负责芯片制造。）：负责芯片制造。 IC封装测试

5、公司：负责封装测试。封装测试公司：负责封装测试。 2011年半导体公司排名（年半导体公司排名（Foundry除外）除外） 排名排名公司名称公司名称发源地发源地类型类型销售额（亿美元）销售额（亿美元） 1Intel美国IDM497 2Samsung Electronics韩国IDM292 3Texas Instruments美国IDM141 4Toshiba日本IDM134 5Renesas Electronics日本IDM112 6Qualcomm美国Fabless101 7STMicroelectronics法国、意大利IDM98 8Hynix韩国IDM89 9Micro Technolog

6、y美国IDM73 10Broadcom美国Fabless72 Others1505 Total3114 2011年半导体年半导体Foundry排名排名 排名排名公司名称公司名称发源地发源地类型类型销售额（亿美元）销售额（亿美元） 1TSMC台湾pure-play146.0 2UMC台湾pure-play37.6 3Global Foundries美国pure-play35.8 4Samsung Semiconductor韩国IDM19.8 5SMIC中国pure-play13.2 6Tower Jazz以色列pure-play6.1 7Vanguard (VIS)台湾pure-play5.2

7、8Dongbu HiTek韩国pure-play5.0 9IBM美国IDM4.5 10Magna Chip韩国IDM3.5 11SSMC新加坡pure-play3.5 12Hua Hong NEC中国pure-play3.4 排名排名企业名称企业名称销售额（亿元）销售额（亿元）占行业收入比占行业收入比 1华大集成电路设计集团华大集成电路设计集团14.616.5% 2海思半导体海思半导体12.95.7% 3展讯通信展讯通信11.064.9% 4大唐微电子大唐微电子10.794.8% 5珠海炬力珠海炬力8.783.9% 6无锡华润矽科无锡华润矽科8.53.8% 7杭州士兰微杭州士兰微8.23.6%

8、 8北京中星微电子北京中星微电子7.063.1% 9上海华虹上海华虹6.833.0% 10清华同方微电子清华同方微电子4.572.0% 2007年中国年中国IC设计销售额前十位企业排名设计销售额前十位企业排名 体积大 重量重 功耗高 可靠性差 无真空无真空 体积小体积小 重量轻重量轻 功耗低功耗低 可靠性高可靠性高 1947在贝尔实验室发明的固体晶体管在贝尔实验室发明的固体晶体管 晶体管的发明者（肖克莱、巴丁、布拉顿）晶体管的发明者（肖克莱、巴丁、布拉顿） 因此发明获得诺贝尔奖因此发明获得诺贝尔奖 1959年美国仙童公司的R.Noicy）开发出 用于IC的Si平面工艺技术，从而推动了IC制造业

9、 的大发展。 1959年仙童公司制造的年仙童公司制造的IC n集成电路时代集成电路时代 PGA （ Pin Grid Array Package）插针网格阵列封）插针网格阵列封 装装 DIP8 （dual in-line Package）8引脚双列直插塑引脚双列直插塑 料封装料封装 含芯片的硅片称为集成电路硅片也称为集成电路晶含芯片的硅片称为集成电路硅片也称为集成电路晶 圆圆 一种集成电路芯片一种集成电路芯片 Wafer preparation(硅片准备硅片准备) Wafer fabrication (硅片制造硅片制造) Wafer test/sort (硅片测试和拣选硅片测试和拣选) Ass

10、embly and packaging (装配和封装装配和封装) Final test(终测终测) Assembly and packaging (装配和封装装配和封装) 主要工序主要工序： 划片划片 粘片粘片 压焊：铝丝键合或金丝球焊压焊：铝丝键合或金丝球焊 封装、封装、 打印标记打印标记 nAssembly and packaging (装配和封装装配和封装) 一种完成装配和封装的一种完成装配和封装的MCU IC nAssembly and packaging (装配和封装装配和封装) 一种一种QFP（Quad Flat Pockage）方型扁平式封装）方型扁平式封装 IC晶圆测试系统晶圆

11、测试系统 IC晶圆测试系统中的探针台晶圆测试系统中的探针台 n提高芯片性能提高芯片性能减小特征尺寸，研发新材减小特征尺寸，研发新材 料料 n提高芯片可靠性提高芯片可靠性设计优化，严格控制污设计优化，严格控制污 染染 n降低芯片成本降低芯片成本提高集成度、增加硅片直提高集成度、增加硅片直 径径 硅片尺寸（硅片尺寸（Wafer Size）的不断增大，使芯片的成）的不断增大，使芯片的成 本逐渐降低本逐渐降低 目的：降低成本目的：降低成本 特征尺寸特征尺寸（ Critical Dimension,CD）的概念的概念 特征尺寸是芯片上的最小物理尺寸，是衡量工艺难度特征尺寸是芯片上的最小物理尺寸，是衡量工

12、艺难度 的标志，代表集成电路的工艺水平。的标志，代表集成电路的工艺水平。 在在CMOS技术中，特征尺寸通常指多晶硅栅的线宽技术中，特征尺寸通常指多晶硅栅的线宽 在双极技术中，特征尺寸通常指接触孔的尺寸在双极技术中，特征尺寸通常指接触孔的尺寸 加深对微尺度的印象加深对微尺度的印象 上一代，上一代，INTEL 32nm (2010)、TSMC 40nm (2009) 2012年，年， INTEL 22nm、TSMC 28nm技术已量产技术已量产 下一代：下一代：INTEL 14nm、TSMC 20nm 20042006200820102012 CD（nm)9065453222 1994199519

13、9719992002 CD（m)0.60.350.250.180.13 ITRS (国际半导体技术蓝图)技术节点 n 摩尔定律：摩尔定律： IC 的集成度将每一年半翻一番（即每的集成度将每一年半翻一番（即每18个个 月增长月增长1倍）倍） （由（由Intel 公司创始人戈登公司创始人戈登.摩尔提出）摩尔提出） n IC 发展的另一些规律：发展的另一些规律： 建立一个芯片厂的造价也是每一年半翻一番。建立一个芯片厂的造价也是每一年半翻一番。 线条宽度每线条宽度每4 6 年下降一半。年下降一半。 集成薄膜电阻结构集成薄膜电阻结构 l R A 集成扩散电阻结构集成扩散电阻结构-俯视图及剖面图俯视图及剖

14、面图 集成集成MOS电容结电容结 构俯视图及剖面图构俯视图及剖面图 A C d n除了信号，还需要额外电源定义工作点。除了信号，还需要额外电源定义工作点。 n用于控制电流方向，放大信号，并产生复用于控制电流方向，放大信号，并产生复 杂电路。杂电路。 n主要的有源器件：主要的有源器件： 集成二极管集成二极管 集成双极晶体管集成双极晶体管 集成集成MOS晶体管晶体管 集成集成CMOS器件器件 基于基于CMOS工艺工艺 基于双极工艺基于双极工艺 中等速度、驱动能力强、模拟精度高、功耗较大中等速度、驱动能力强、模拟精度高、功耗较大 速度高、驱动能力低、功耗低、密度高、电源电速度高、驱动能力低、功耗低、密度高、电源电 压范围宽、输出电压幅度宽、与压范围宽、输出电压幅度宽、与TTL电平兼容电平兼容 集上述两种电路的优点，但工艺复杂，制造成本集上述两种电路的优点，但工艺复杂，制造成本 高。高。 熔点熔点14141414o oC C，半导体禁带宽度，半导体禁带宽度1.12eV1.12eV 硅晶胞硅晶胞 多晶硅结构多晶硅结构 单晶硅结构单晶硅结构 CZ单晶炉单晶炉 使用的材料使用的材料： 掺杂好的多掺杂好的多 晶硅棒晶硅棒 优点优点： 纯度高纯度高 含氧量低含氧量低 缺点缺点： 硅片直径比硅片直径比 直拉的小直拉的小 晶向指数晶向指数： 晶向在以晶胞