半导体集成电路

半导体集成电路2009年朱正涌所著的书籍01质量保障措施分类制造工艺发展趋势目录030204基本信息半导体集成电路（英文名：semiconductorintegratedcircuit），是指在一个半导体衬底上至少有一个电路块的半导体集成电路装置。半导体集成电路是将晶体管，二极管等等有源元件和电阻器，电容器等无源元件，按照一定的电路互联，“集成”在一块半导体单晶片上，从而完成特定的电路或者系统功能。在所述半导体衬底上有：设置在所述电路块边缘的多个焊盘和从所述电路块延伸至所述焊盘之间的多条布线；所述多个焊盘跟半导体集成电路装置的外部引线连接，且所述多条布线是在所述半导体衬底的主面上设有另一电路块时，用以跟来自该另一电路块的布线连接的布线，做成具有能够与来自该另一电路块的布线连接的形状。半导体集成电路是电子产品的核心器件，其产业技术的发展情况直接关系着电力工业的发展水平。就总体情况来看，半导体产业的技术进步在一定程度上推动了新兴产业的发展，包括光伏产业、半导体照明产业以及平板显示产业等多种，促进了半导体集成电路产业上下游产业供应链的完善，并在一定程度上优化了生态环境。因此加强半导体集成电路产业技术的研究和探索，具有重要的现实意义。质量保障措施设计保障工艺保障质量保障措施工艺保障半导体集成电路1)原材料控制。包括对掩膜版、化学试剂、光刻胶、特别对硅材料等原材料的控制。控制不光采用传统的单一检验方式，还可对关键原材料采用统计过程控制(statisticalprocesscontrol，SPC)技术，确保原材料的质量水平高，质量一致性好。2)加工设备的控制。除采用先进的设备进行工艺加工外，还应做好对设备日常维护、预防性维修等工作，同时应对设备的关键参数进行监控，必要时建立设备参数的SPC控制模型进行分析控制等。3)工艺加工过程的控制。包括对关键工艺参数进行SPC控制、工序能力分析、6σ设计等，同时对工艺加工关键环节建立工艺检验手段，如对氧化层的针孔和裂纹的检验、对可动金属离子的检验、对金属层稳定性的检验等。此外，工艺方面的保障还应包括对操作人员的培训和考核、对环境洁净度的控制和建立先进的生产质量管理信息系统等方面。设计保障1)常规可靠性设计技术。包括冗余设计、降额设计、灵敏度分析、中心值优化设计等。2)针对主要失效模式的器件设计技术。包括针对热载流子效应、闩锁效应等主要失效模式，合理设计器件结构、几何尺寸参数和物理参数。3)针对主要失效模式的工艺设计保障。包括采用新的工艺技术，调整工艺参数，以提高半导体集成电路芯片的可靠性。4)半导体集成电路芯片可靠性计算机模拟技术。在电路设计的同时，以电路结构、版图布局布线以及可靠性特征参数为输入，对电路的可靠性进行计算机模拟分析。根据分析结果，可预计电路的可靠性水平，确定可靠性设计中应采用的设计规则，发现电路和版图设计方案中的可靠性薄弱环节。

制造工艺制造工艺集成电路在大约5mm×5mm大小的硅片上，已集成了一台微型计算机的核心部分，包含有一万多个元件。集成电路典型制造过程见图1。从图1,可以看到，已在硅片上同时制造完成了一个N+PN晶体管,一个由P型扩散区构成的电阻和一个由N+P结电容构成的电容器,并用金属铝条将它们连在一起。实际上,在一个常用的直径为75mm的硅片上（已发展到φ=125mm～150mm）将有3000000个这样的元件，组成几百个电路、子系统或系统。通过氧化、光刻、扩散或离子注入、化学气相淀积蒸发或溅射等一系列工艺，一层一层地将整个电路的全部元件、它们的隔离以及金属互连图形同时制造在一个单晶片上，形成一个三维网络。而一次又可以同时加工几十片甚至上百片这样的硅片，所以一批可以得到成千上万个这样的电路。这样高的效率，正是集成电路能迅速发展的技术和经济原因。这个三维网络可以有各种不同的电路功能和系统功能，视各层的拓扑图形和工艺规范而定。在一定的工艺规范条件下，主要由各层拓扑图形控制，而各层的拓扑图形又由各次光刻掩膜版所决定。所以光刻掩膜版的设计是制造集成电路的一个关键。它从系统或电路的功能要求出发，按实际可能的工艺参数进行设计，并由计算机辅助来完成设计和掩膜版的制造。在芯片制造完成后，经过检测，然后将硅片上的芯片一个个划下来，将性能满足要求的芯片封装在管壳上，即构成完整的集成电路。分类分类半导体集成电路集成电路如果以构成它的电路基础的晶体管来区分，有双极型集成电路和MOS集成电路两类。前者以双极结型平面晶体管为主要器件（如图2），后者以MOS场效应晶体管为基础。图3表示了典型的硅栅N沟道MOS集成电路的制造工艺过程。一般说来，双极型集成电路优点是速度比较快，缺点是集成度较低,功耗较大；而MOS集成电路则由于MOS器件的自身隔离，工艺较简单，集成度较高,功耗较低，缺点是速度较慢。近来在发挥各自优势，克服自身缺点的发展中，已出现了各种新的器件和电路结构。集成电路按电路功能分，可以有以门电路为基础的数学逻辑电路和以放大器为基础的线性电路。后者由于半导体衬底和工作元件之间存在着有害的相互作用，发展较前者慢。同时应用于微波的微波集成电路和从Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光器和光纤维导管为基础的光集成电路也正在发展之中。半导体集成电路除以硅为基础的材料外，砷化镓也是重要的材料，以它为基础材料制成的集成电路，其工作速度可比硅集成电路高一个数量级，有着广阔的发展前景。从整个集成电路范畴讲，除半导体集成电路外，还有厚膜电路与薄膜电路。①厚膜电路。以陶瓷为基片，用丝网印刷和烧结等工艺手段制备无源元件和互连导线，然后与晶体管、二极管和集成电路芯片以及分立电容等元件混合组装而成。发展趋势发展趋势就lC产业技术发展的实际情况来看，lC集成度增长速度的降低，并不会导致微电子行业的停滞不前，IC产业可以在产品的多样性方面以及产品性能方面实现现代化发展。随着IC产业的不断发展，IC产品能够更加满足市场的实际需求，IC产业设计人员可以结合行业客户的实际需求来对IC产品进行设计和制造，进而推出多样性的IC产品，并确保其功能得到一定程度的优化。与此同时；IC产业发展过程中可以致力于降低现有工艺设备的制造成本，从而促进IC产业的平衡稳定发展。从另一角度来看，IC集成度增长速度的降低，促使计算机系统和软件开发人员有更多的时问和精力去研究IC产品，完善IC产品