半导体产业介绍ppt课件

1、现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺半导体产业介绍半导体产业介绍 1 1Physics and Technology of Modern Semiconductor Devices2019,7,30现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2 2半导体工艺引见半导体工艺引见 或许您不知道，半导体电子零件在您的生活中已存在 了三十多年；在您的周遭，只需是电器用品，或多或少都有 半导体电子零件的影子。这个小精灵的出现大大地改动了人 类的生活；让您有更温馨方便的生活环境；如功能强大的个 人电脑，体积小得可以带着走，出国在

2、外也可以和总公司连 线；四通八达的电信网路，可以和世界任何地方联络；汽车 的电脑控制系统让您平安又方便地操控汽车驾驶之先进功能；学生可以透过光碟电子书学习新知。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 3 3 这个无所不在的小东西是一种叫作“硅的物质所制形成的。这种物质在地球上相当丰富，海沙即含有相当高成份的“硅。半导体的制造过程是一项科技高度整合的作业，结合了化学、物理、电子、电机、机械、自动化、软体工程、电脑辅助设计(CAE/CAD)等，几乎所 有顶尖的技术都被用来制造半导体。从下方这个简单的流程方块图，我们大致可以瞭解

3、半导 体的制程。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 4 4半导体产业实践上是一个更大实体的子系统高技术产业。制造微芯片消费电子硬件，它伴随着软件集成并控制芯片功能。高技术产业包含正半导体运用中可见的全部硬件和软件如下图。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 5 5 放大电子信号的三极真空管是有Lee De Forest于1906年发明的。它开展了早期有约翰弗莱明和托玛斯爱迪生在真空管方面的任务。成为现代收音机、电视机和整个电子学领域的主要电子器件，

4、知道20世纪50年代。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 6 6 一种相对新的资料，称为硅的单晶体，在20世纪出曾被用于将无线电通讯信号从交流转换为直流。包含这种资料的“半导体一词最初在德国采用。然而，真正要开展成为半导体技术权利需求全世界物理化学家和物理学家的参与研讨。在半导体特性能被完全解释之前，为了了解电子行为的量子实际，这项研讨斯必需的。这些根底任务延续了几十年直到第二次世界大战。 第二次世界大战后，贝尔实验室的科学家们一致努力研讨固态硅和锗半导体晶体。指点这项研讨的科学家感到需求交换掉真空管，并且可以从固态半导

5、体资料替代真空中受害。1947年12月16日诞生了固态晶体管，发明者是威廉肖克利，约翰巴丁和沃尔特布拉顿。晶体管的名字取自“跨导和“变阻器两词，提供了与真空管同样的电功能，但具有固态的显著优点：尺寸小、无真空、可靠、分量轻、最小的发热以及低功耗。这一发现发动了以固体资料和技术为根底的现代半导体产业。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 7 7现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 8 8 半导体产业在20世纪50年代开场迅速增长为以硅为根底的商品化晶体

6、管技术。早期的许多先驱者开场在北加利福尼亚州，如今以硅谷著称的地域。1957年，在帕罗阿托市的仙童半导体公司制造出第一个商用平面晶体管。它有一层铝互连资料，这种资料北淀积在硅片的最顶层以衔接晶体管的不同部分(见图)。从硅上热氧化生长的一层自然氧化层被用于隔离铝导线。这些层的运用在半导体领域是一重要开展，也是称其为平面技术的缘由。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 9 9 在半导体产业向前迈进的重要一步是将多个电子元件集成在一个硅衬底上。被称为集成电路或简称IC，它是由仙童半导体公司的罗伯特诺伊斯和德州仪器公司的杰克基比

7、尔于1959年分别单独发明的。在一块集成电路的硅外表上可以制造许多不同的半导体器件，例如晶体管、二极管、电阻和电容，他们被连成一个有确定芯片功能的电路。 Robert Noyce(Intel)Clair Kilby (TI)现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1010 从20世纪60年代到如今，这是组织半导体产业开展的有用方法见表。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1111 半导体器件的制造仅发生在接近硅片外表的几微米。在工艺加工过程中，硅片厚度

8、提供硅片足够的强度。一旦器件在硅片上制造终了，硅片上的金属线路层将作为器件和芯片外边的各种电信号之间的衔接见图。现代集成电路的互连概念和资料非常类似于1957年仙童半导体公司第一商品化的原始平面晶体管。单主要差别是今天的芯片更加复杂。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1212 微芯片制造涉及5个大的制造阶段见图：硅片制备硅片制造硅片测试/拣选装配与封装终测现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1313硅片制备 在第一阶段，将硅从沙土中提炼并纯化。

9、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭见图。然后将硅锭切割成用于制造微芯片的薄硅片。按照公用的参数规范制备硅片，例如定位边要求和沾污程度。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1414 硅片制造 自硅片开场的微芯片制造是第二阶段，被称为硅片制造。裸露的硅片到达硅片制造厂，然后经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤。加工完的硅片具有永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。硅片制造的其他称号是微芯片制造和芯片制造。 硅片制造涉及许多复杂工艺步骤的交互，可运用自动化设备在一个甚大规模集成电路硅片上消费几亿个器件。伴随着制造高性能集成电路的

10、复杂性，半导体产业总是处于设备设计和制造技术的前沿。这种创新鼓励了硅片制造的不断完善。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1515 硅片的测试/拣选 硅片制造完成后，硅片被送到测试/拣选区，在那里进展单个芯片的探测和电学测试。然后拣选出可接受和不可接受的芯片，并为有缺陷的芯片做标志。不会把硅片测试失效的芯片送给客户，而经过硅片测试的芯片将继续进展以后的工艺。 装配与封装 硅片测试/拣选后，硅片进入装配和封装步骤，以便把单个芯片包装在一个维护管壳内。硅片的反面进展研磨以减小衬底的厚度。一片厚的塑料膜被贴在每个硅片的反面，然

11、后，在正面沿着划片线用带金刚石的锯刃将每个硅片上的芯片分开。粘的塑料膜维护硅芯片不零落。在装配厂，好的芯片被压焊或抽真空构成装配包。稍后，将芯片密封在塑料或陶瓷壳内。最终的实践封装方式随芯片类型及其运用场所而定见以下图。 终测 为确保芯片的功能，要对每一个被封装的集成电路进展测试，以满足制造商的电学和环境的特性参数要求。终测后，芯片被发送给客户以便装配到公用场所：例如，将存储器元件安装在个人电脑的电路板上。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1616现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子

12、科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1717 甚大规模集成电路设计和制造集成电路所需的快速技术变化，导致新设备和新工艺的不断引入。每隔18到24个月，半导体产业就引入新的制造技术。伴随微芯片技术的开展有三个主要趋势：提供芯片性能提高芯片可靠性降低芯片本钱现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1818 从20世纪60年代早期小规模集成电路时代以来，半导体微芯片的性能已得到了宏大的提供。判别芯片性能的一种通用方法是速度。器件做得越小，在芯片上放置得越密，芯片得速度就会提高，这是由于经过电路得电信号传输间隔更短了。提供速度得另

13、一种方法是：运用资料，经过芯片外表得电路和器件来提高电信号得传输。 关键尺寸 芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸。描画特征尺寸的另一个术语是电路几何尺寸。特别值得留意的是硅片上的最小特性尺寸，也称为关键尺寸或CD。自半导体制造业开场以来，器件的CD不断在减少，从20世纪50年代初期以大约125um的CD开场，目前是0.18um或者更小。半导体产业运用“技术节点这一术语描画在硅片制造中运用的可运用CD。从1um以下的CD实践的和估计的产业技术节点如表2所示。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 1919现代半导体器件物理与工

14、艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2020 每块芯片上的元件数 减小一块芯片的特征尺寸使得可以在硅片上制造更多的元件。对于微处置器，芯片外表的晶体管数可以阐明经过减小CD来添加芯片的集成度。由于芯片上的晶体管数连年急剧添加，芯片性能也已提高见图。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2121 摩尔定律 1964年，戈登摩尔，半导体产业先驱和英特尔公司的开创人，言语在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。关于微处置器上的晶体管数，如下图，摩尔定律惊人地准确。现代半导体

15、器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2222 功耗 芯片性能的另一重要是在器件任务过程中的功耗。真空管耗费很大功耗，而半导体器件确实耗用很小的功耗。随着器件的微型化，功耗相应减小。虽然每块芯片上晶体管数迅速添加，芯片的功耗却低得多得速率添加见图。这已成为便携式电子产品市场增长得一个关键性能参数。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2323 芯片可靠性努力于趋于芯片寿命的功能的才干。技术上得提高曾经提高了芯片产品得可靠性见图。例如，经过严厉得诸如无颗粒空气净

16、化间得运用以及控制化学试剂纯度，来控制沾污。为提高器件可靠性，不延续地分析制造工艺。经过硅片监控和微芯片测试以验证可接受的性能。这样可变成在任务过程中低失效的产品。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2424现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2525 半导体微芯片的价钱不断继续下降见图。到2019年之前的近50年中，半导体微芯片的价钱以一亿倍的情况下降。例如，1958年一个质量低劣的硅晶体管价值大约10美圆。在今天，10美圆可以买到具有超越两千

17、万晶体管的一块存储器芯片、一个等量的其他元件以及必要的互连以便做成一个有用的芯片。 现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2626现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2727 半导体制造业中的职业途径分成三个主要方面：技师、工程师和管理人员。专门职业途径的选择通常取决于个人的技术知识、教育背景和本人的目的。不同职业途径的例子如下图。现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学桂林电子科技大学半导体产业介绍半导体产业介绍 2828 硅片制造厂的技师硅片制造厂的设备技师现代半导体器件物理与工艺现代半导体器件物理与工艺