微電子工藝技術(shù)

1、2021/3/141 1 2021/3/142 2 教材與參考書、考核教材與參考書、考核 n教材教材: :王蔚王蔚 微電子制造技術(shù)微電子制造技術(shù)-原理與工藝原理與工藝（修（修 訂版）電子工業(yè)出版社訂版）電子工業(yè)出版社 20132013 n參考書參考書: :關(guān)旭東關(guān)旭東 硅集成電路工藝基礎(chǔ)硅集成電路工藝基礎(chǔ)北京大學(xué)北京大學(xué) 出版出版 20032003 n清華大學(xué)清華大學(xué)集成電路工藝集成電路工藝多媒體教學(xué)課件多媒體教學(xué)課件 20012001 nStephen A. C.Stephen A. C.微電子制造科學(xué)原理與工程技術(shù)微電子制造科學(xué)原理與工程技術(shù) 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社,2003,200

2、3 n考核方式：考核方式：考勤考勤20+20+作業(yè)作業(yè)10+10+考試（閉卷）考試（閉卷）7070 2021/3/143 第第0 0章章 緒論緒論 n1. 1. 引言引言 n2 2、集成電路的歷史、集成電路的歷史 n3. 3. 何為集成電路何為集成電路 n4. 4. 微電子工藝特點(diǎn)與基本工藝流程微電子工藝特點(diǎn)與基本工藝流程 2021/3/144 4 1 1、為什么要學(xué)習(xí)本課程、為什么要學(xué)習(xí)本課程? ? 2 2、本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)？、本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)？ 3 3、本課程學(xué)習(xí)目的？、本課程學(xué)習(xí)目的？ 4 4、如何學(xué)習(xí)本課程？、如何學(xué)習(xí)本課程？ 第第0 0章章 緒論緒論 一、引言一、引言 2021/3/14

3、5 為什么要學(xué)習(xí)本課程? 5 集成電集成電 路應(yīng)用路應(yīng)用 2021/3/146 6 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 2021/3/147 7 我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在世界中的地位 1、中國(guó)目前進(jìn)口第一多的商品不是原油、中國(guó)目前進(jìn)口第一多的商品不是原油,是芯片，一年是芯片，一年 進(jìn)口進(jìn)口2500億美元。億美元。 2、我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)處在世界的中下端，屬于集成電、我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)處在世界的中下端，屬于集成電 路消費(fèi)大國(guó)、制造大國(guó)，粗放型、高投入、低利潤(rùn)。路消費(fèi)大國(guó)、制造大國(guó)，粗放型、高投入、低利潤(rùn)。 3、缺少高端設(shè)計(jì)，設(shè)備主要被國(guó)外壟斷。、缺少高端設(shè)計(jì)，設(shè)備主要被國(guó)外壟斷。 4、集成電路產(chǎn)業(yè)是國(guó)家的命脈，

4、走到了危險(xiǎn)的邊緣，、集成電路產(chǎn)業(yè)是國(guó)家的命脈，走到了危險(xiǎn)的邊緣， 不能再繼續(xù)落后下去。不能再繼續(xù)落后下去。 2021/3/148 8 1 1、集成電路定位、集成電路定位 它是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心它是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心,是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性 和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前和今后一段時(shí)期是我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期和攻堅(jiān)和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前和今后一段時(shí)期是我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期和攻堅(jiān) 期。期。 2 2、發(fā)展目標(biāo)、發(fā)展目標(biāo) 到到2015年，年，集成電路產(chǎn)業(yè)銷售超3500億元。移動(dòng)智能終端、網(wǎng)絡(luò)通信等部分重點(diǎn) 領(lǐng)域集成

5、電路設(shè)計(jì)技術(shù)接近國(guó)際一流水平。32/28納米（nm）制造工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)， 中高端封裝測(cè)試銷售收入占封裝測(cè)試業(yè)總收入比例達(dá)到30%以上，65-45nm關(guān)鍵設(shè)備和 12英寸硅片等關(guān)鍵材料在生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。 到到2020年，年，全行業(yè)銷售收入年均增速超過(guò)20%，移動(dòng)智能終端、網(wǎng)絡(luò)通信、云計(jì) 算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等重點(diǎn)領(lǐng)域集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，16/14nm制造工 藝實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，封裝測(cè)試技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，關(guān)鍵裝備和材料進(jìn)入國(guó)際采購(gòu)體系。 到到2030年，年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國(guó)際第一 梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。 2014年年6月月,國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推

6、進(jìn)綱要國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要 2021/3/149 9 2014年年6月月,國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要 3 3、主要任務(wù)和發(fā)展重點(diǎn)、主要任務(wù)和發(fā)展重點(diǎn) 加速發(fā)展集成電路制造業(yè)加速發(fā)展集成電路制造業(yè),加快45/40nm芯片產(chǎn)能擴(kuò)充，加緊32/28nm芯片生產(chǎn)線 建設(shè)，加快立體工藝開發(fā)，推動(dòng)22/20nm、16/14nm芯片生產(chǎn)線建設(shè)。大力發(fā)展模擬及 數(shù)?；旌想娐?、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、高壓電路、射頻電路等特色專用工藝生產(chǎn)線;突突 破集成電路關(guān)鍵裝備和材料。破集成電路關(guān)鍵裝備和材料。 4 4、保障措施、保障措施 成立國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組，成立國(guó)家集成電

7、路產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組，國(guó)務(wù)院副總理馬凱馬凱任組長(zhǎng)，工業(yè)化信息化部 部長(zhǎng)苗圩苗圩任副組長(zhǎng)。 設(shè)立國(guó)家產(chǎn)業(yè)投資基金，設(shè)立國(guó)家產(chǎn)業(yè)投資基金，已成功吸引了金融機(jī)構(gòu)、民營(yíng)企業(yè)等各方出資，募資已超 1000億;已向紫光集團(tuán)投資合計(jì)300億元。 加大金融支持力度。加大金融支持力度。 加大人才培養(yǎng)和引進(jìn)力度。加大人才培養(yǎng)和引進(jìn)力度。 2021/3/1410 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-全球 10 2018-2014全球集成電路市場(chǎng)規(guī)模及增速 1、2014年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3331億美元億美元,同比增長(zhǎng)同比增長(zhǎng)9%，為近四年增速之最。，為近四年增速之最。 2、從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)看。制造業(yè)、從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)看。制

8、造業(yè)、IC設(shè)計(jì)業(yè)、封裝和測(cè)試業(yè)分別占全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體營(yíng)業(yè)收設(shè)計(jì)業(yè)、封裝和測(cè)試業(yè)分別占全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體營(yíng)業(yè)收 入的入的50%、27%、和、和23%。 3、從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看。模擬芯片、處理器芯片、邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片、從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看。模擬芯片、處理器芯片、邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片2014年銷售額分別年銷售額分別442.1 億美元、億美元、622.1億美元、億美元、859.3億美元和億美元和786.1億美元，分別占全球集成電路市場(chǎng)份額的億美元，分別占全球集成電路市場(chǎng)份額的 16.1%、22.6%、32.6%和和28.6%。 2021/3/1411 技術(shù)現(xiàn)狀-全球 年代年代1985年年1988年年1991年年1

9、994年年1997年年2000年年 集成度集成度1M4M16M64M256M1G 最小最小 線寬線寬 1.250.80.60.50.350.18 光刻光刻 技術(shù)技術(shù) 光學(xué)曝光光學(xué)曝光 準(zhǔn)分子準(zhǔn)分子 電子束電子束 電子束電子束 X射線射線 （電子束）（電子束） 年代年代2001年年2003年年2005年年2007年年2009年年2012年年2014年年 最小最小 線寬線寬 0.13um90nm65nm45nm32nm22nm14/16nm Intel首款14nm處理器第五代Core處理器問(wèn)世（2015-1-6） 第五代第五代Core處理器平臺(tái)電晶體處理器平臺(tái)電晶體(Transistor)數(shù)量比第

10、四代數(shù)量比第四代Core加加35%,但尺寸卻縮減但尺寸卻縮減37%; 此外，在此外，在3D圖像處理性能、影片轉(zhuǎn)碼速度、電池續(xù)航力、整體性能等評(píng)比項(xiàng)目，第五代圖像處理性能、影片轉(zhuǎn)碼速度、電池續(xù)航力、整體性能等評(píng)比項(xiàng)目，第五代Core處理處理 器平臺(tái)都較前一代產(chǎn)品分別提升器平臺(tái)都較前一代產(chǎn)品分別提升22%、50%、40%以及以及1.5小時(shí)的表現(xiàn)。小時(shí)的表現(xiàn)。 2021/3/141212 集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(2015版版) 世界創(chuàng)新三大重點(diǎn)世界創(chuàng)新三大重點(diǎn): : 一是一是14nm FinFET工藝芯片正式進(jìn)入市場(chǎng)工藝芯片正式進(jìn)入市場(chǎng),英特爾公司在英特爾公司在22nm的的Fi

11、nFET結(jié)構(gòu)三柵結(jié)構(gòu)三柵 晶體管技術(shù)及晶體管技術(shù)及IBM和意法半導(dǎo)體公司的和意法半導(dǎo)體公司的22nm制程節(jié)點(diǎn)中采用的制程節(jié)點(diǎn)中采用的FD-SOI全耗盡技術(shù)。全耗盡技術(shù)。 二是二是3D-NAND存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)技術(shù)走向走向商用。商用。 三是可穿戴市場(chǎng)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)走向成熟。無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)成為業(yè)界三是可穿戴市場(chǎng)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)走向成熟。無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)成為業(yè)界“搶攻搶攻” 的重點(diǎn)。的重點(diǎn)。 五大展望五大展望: : 一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增大，市場(chǎng)引領(lǐng)全球增長(zhǎng)。一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增大，市場(chǎng)引領(lǐng)全球增長(zhǎng)。 二是細(xì)分三業(yè)齊頭并進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨合理。二是細(xì)分三業(yè)齊頭并進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨合理。 三是技術(shù)水平持續(xù)提升，

12、國(guó)際差距逐步縮小。三是技術(shù)水平持續(xù)提升，國(guó)際差距逐步縮小。 四是國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)力倍增，有望洗牌全球格局。四是國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)力倍增，有望洗牌全球格局。 五是政策環(huán)境日趨向好，基金引領(lǐng)投資熱潮。五是政策環(huán)境日趨向好，基金引領(lǐng)投資熱潮。 2021/3/141313 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-中國(guó) 2011-2014年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售規(guī)模及增長(zhǎng)情況 1、2014年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入達(dá)年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入達(dá)3015.4億元億元,同比增長(zhǎng)同比增長(zhǎng)20.2%，增速較，增速較2013年年 提高提高4個(gè)百分點(diǎn)。個(gè)百分點(diǎn)。 2、從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)看。、從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)看。2014年集成電路產(chǎn)業(yè)中，設(shè)計(jì)的銷售額為年集成電路產(chǎn)業(yè)中，設(shè)

13、計(jì)的銷售額為1047.4億元，同比增長(zhǎng)億元，同比增長(zhǎng) 29.5%;芯片制造業(yè)銷售收額芯片制造業(yè)銷售收額712.1億元，同比增長(zhǎng)億元，同比增長(zhǎng)18.5%;封裝測(cè)試封裝測(cè)試業(yè)銷售額業(yè)銷售額1255.9億億 元，同比增長(zhǎng)元，同比增長(zhǎng)14.3%。 3、通信和、通信和消費(fèi)電子消費(fèi)電子是我國(guó)集成電路最主要的應(yīng)用市場(chǎng)，合計(jì)共占整體市場(chǎng)的是我國(guó)集成電路最主要的應(yīng)用市場(chǎng)，合計(jì)共占整體市場(chǎng)的48.9%。 計(jì)算機(jī)類集成電路市場(chǎng)份額進(jìn)一步下滑，同比下滑達(dá)計(jì)算機(jī)類集成電路市場(chǎng)份額進(jìn)一步下滑，同比下滑達(dá)13.28%。 2021/3/1414 2015中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展十大趨勢(shì) 1、中國(guó)、中國(guó)IC市場(chǎng)仍將引領(lǐng)全球增長(zhǎng)。市

14、場(chǎng)仍將引領(lǐng)全球增長(zhǎng)。2014年中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1萬(wàn)億元 2、中國(guó)、中國(guó)IC企業(yè)開始步入全球第一梯隊(duì)。企業(yè)開始步入全球第一梯隊(duì)。海思2有望躋身全fablessTop10;紫光集團(tuán)收購(gòu)展訊 和銳迪科,并獲得英特爾入股之后，成為國(guó)內(nèi)IC企業(yè)的巨頭;長(zhǎng)電科技聯(lián)合國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè) 投資基金股份有限公司、中芯國(guó)際子公司芯電上海共同出資收購(gòu)全球第四大半導(dǎo)體封裝測(cè)試 企業(yè)新加坡星科金朋。 3、產(chǎn)業(yè)基金引領(lǐng)、產(chǎn)業(yè)基金引領(lǐng)IC產(chǎn)業(yè)投資熱潮。產(chǎn)業(yè)投資熱潮。國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)基金一期預(yù)計(jì)總規(guī)模已達(dá)1387.2億元， 實(shí)現(xiàn)超募187.2億元，重點(diǎn)投資芯片制造業(yè)，未來(lái)10年將拉動(dòng)5萬(wàn)億元資金投入到芯片產(chǎn)業(yè)。 4、中

15、國(guó)將成為、中國(guó)將成為12寸寸IC生產(chǎn)線全球投資熱點(diǎn)區(qū)域。生產(chǎn)線全球投資熱點(diǎn)區(qū)域。國(guó)內(nèi)中芯國(guó)際和華力微電子等代工廠急需 擴(kuò)充產(chǎn)能，建設(shè)新的12寸晶圓廠。 5、12寸晶圓將正式實(shí)現(xiàn)寸晶圓將正式實(shí)現(xiàn)“Made in China”。 6、中國(guó)集成電路制造工藝將躋身國(guó)際主流水平。目前國(guó)際主流制造工藝為、中國(guó)集成電路制造工藝將躋身國(guó)際主流水平。目前國(guó)際主流制造工藝為28nm工藝，占工藝，占 據(jù)了約四成的市場(chǎng)份額，中芯國(guó)際的據(jù)了約四成的市場(chǎng)份額，中芯國(guó)際的28nm制造工藝已經(jīng)量產(chǎn)。制造工藝已經(jīng)量產(chǎn)。 7、4G“中國(guó)芯中國(guó)芯”將取得重大突破。將取得重大突破。 8、芯片國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程將在多行業(yè)取得突破、芯片國(guó)產(chǎn)

16、化替代進(jìn)程將在多行業(yè)取得突破2014年，國(guó)產(chǎn)芯片在多個(gè)行業(yè)應(yīng)用中取得了年，國(guó)產(chǎn)芯片在多個(gè)行業(yè)應(yīng)用中取得了 突破。突破。 9、智能終端與汽車電子仍將是推動(dòng)中國(guó)、智能終端與汽車電子仍將是推動(dòng)中國(guó)IC市場(chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＪ袌?chǎng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?10、趨勢(shì)十、趨勢(shì)十:IC行業(yè)的專利爭(zhēng)奪將愈加激烈。行業(yè)的專利爭(zhēng)奪將愈加激烈。 2021/3/141515 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-重慶 集成電路集成電路: :2015年年,我省十大新興產(chǎn)業(yè)首位，目前，我省十大新興產(chǎn)業(yè)首位，目前， 已經(jīng)初具規(guī)模。已經(jīng)初具規(guī)模。 上世紀(jì)上世紀(jì)5050年代，我國(guó)的集成電路正是從重慶開始起步，位于重慶研究年代，我國(guó)的集成電路正是從重慶開始起步，位于

17、重慶研究 所成功研制出國(guó)內(nèi)的第所成功研制出國(guó)內(nèi)的第1 1片集成電路芯片，這個(gè)研究所正是位于南岸區(qū)的光片集成電路芯片，這個(gè)研究所正是位于南岸區(qū)的光 電路上，光電路得名由此而來(lái)。電路上，光電路得名由此而來(lái)。 直到直到20042004年前后，首先是臺(tái)灣茂德科技最終落戶重慶，建設(shè)集成電路年前后，首先是臺(tái)灣茂德科技最終落戶重慶，建設(shè)集成電路 芯片生產(chǎn)基地芯片生產(chǎn)基地; ;隨后，市政府成立隨后，市政府成立“811811”領(lǐng)導(dǎo)小組和指揮部，在沙坪壩區(qū)領(lǐng)導(dǎo)小組和指揮部，在沙坪壩區(qū) 西永建立微電子園區(qū)，重點(diǎn)扶持茂德，西永建立微電子園區(qū)，重點(diǎn)扶持茂德，20062006年茂德科技在渝成立全資子公年茂德科技在渝成立全

18、資子公 司，渝德科技。司，渝德科技。 如今，渝德科技被中航集團(tuán)收購(gòu)，更名為中航微電子。我市已有西南如今，渝德科技被中航集團(tuán)收購(gòu)，更名為中航微電子。我市已有西南 集成電路、中航微電子、奧特斯集成電路基板、臺(tái)晶（重慶）電子、重慶集成電路、中航微電子、奧特斯集成電路基板、臺(tái)晶（重慶）電子、重慶 石墨烯科技公司、石墨烯科技公司、SKSK海力士、中電海力士、中電2424所、四聯(lián)微電子等集成電路生產(chǎn)和研所、四聯(lián)微電子等集成電路生產(chǎn)和研 發(fā)機(jī)構(gòu)，形成了設(shè)計(jì)發(fā)機(jī)構(gòu)，形成了設(shè)計(jì)- -制造制造- -封裝的完備產(chǎn)業(yè)鏈，重慶大學(xué)和重慶郵電大學(xué)封裝的完備產(chǎn)業(yè)鏈，重慶大學(xué)和重慶郵電大學(xué) 成立了半導(dǎo)體學(xué)院培養(yǎng)集成電路人才。

19、成立了半導(dǎo)體學(xué)院培養(yǎng)集成電路人才。 2021/3/1416 16 本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)? ? 集成電路制造技術(shù)集成電路制造技術(shù)原理與工藝原理與工藝 硅材料硅材料集成電路工藝集成電路工藝集成和封裝測(cè)試集成和封裝測(cè)試 第第1單元單元 第第2、3、4單元單元 第第5單元單元 1 單晶硅結(jié)單晶硅結(jié) 構(gòu)構(gòu) 2 硅錠及圓硅錠及圓 片制備片制備 3 外延外延12 金屬化與金屬化與 多層互連多層互連 13 工藝集工藝集 成成 14 測(cè)試封測(cè)試封 裝裝 4 氧化氧化5 擴(kuò)散擴(kuò)散 6 離子注離子注 入入 7 CVD8 PVD 9 光刻光刻 10 現(xiàn)代光現(xiàn)代光 刻技術(shù)刻技術(shù) 11 刻蝕刻蝕 2021/3/1

20、41717 本課程學(xué)習(xí)目的本課程學(xué)習(xí)目的? ? 1、掌握集成電路工藝設(shè)計(jì)、工藝集成流程。、掌握集成電路工藝設(shè)計(jì)、工藝集成流程。 2、清楚各種工藝設(shè)備及各工藝環(huán)節(jié)。、清楚各種工藝設(shè)備及各工藝環(huán)節(jié)。 3、了解集成電路產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展。、了解集成電路產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展。 4、了解集成電路封裝和電學(xué)測(cè)試。、了解集成電路封裝和電學(xué)測(cè)試。 2021/3/141818 如何學(xué)習(xí)本課程如何學(xué)習(xí)本課程? ? 1、這是一門工程學(xué)科、這是一門工程學(xué)科,不是理論基礎(chǔ)課程。不是理論基礎(chǔ)課程。 2、更多關(guān)注領(lǐng)域前沿，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用學(xué)習(xí)。、更多關(guān)注領(lǐng)域前沿，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用學(xué)習(xí)。 2021/3/141919 n18331833年年,

21、,英國(guó)科學(xué)家電子學(xué)之父法拉第最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的 電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下， 金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發(fā)現(xiàn)硫化銀材料 的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次 發(fā)現(xiàn)。 n 18741874年，年，電報(bào)機(jī)、電話和無(wú)線電相繼發(fā)明等早期電子儀器 亦造就了一項(xiàng)新興的工業(yè)電子業(yè)的誕生。 2 2、集成電路的歷史、集成電路的歷史 2021/3/1420 1947年年:美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的約翰美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的約翰巴丁、布拉頓、肖克萊三人發(fā)明了晶體巴丁、布拉頓、肖克萊三人發(fā)明了晶體 管管,這是微電子技術(shù)發(fā)展中第一個(gè)里程碑這是微電子技術(shù)發(fā)展中第一個(gè)里程碑; 1950年:結(jié)型晶

22、體管誕生 1950年： R Ohl和肖克萊發(fā)明了離子注入工藝;1951年：場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā) 明；1956年：C S Fuller發(fā)明了擴(kuò)散工藝。 1956年三人共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)年三人共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng) 2021/3/1421 1958年:仙童公司Robert Noyce與德儀公司基爾比間隔 數(shù)月分別發(fā)明了集成電路,開創(chuàng)了世界微電子學(xué)的歷史 ;1960年:H H Loor和E Castellani發(fā)明了光刻工藝;1962年：美國(guó)RCA公 司研制出MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 19631963年年: :F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術(shù),今天，95% 以上的集成電路芯片都是基于

23、CMOS工藝 1964年:Intel摩爾提出摩爾定律,預(yù)測(cè)晶體管集成度將 會(huì)每18個(gè)月增加1倍 1966 1966年年: :美國(guó)RCA公司研制出CMOS集成電路，并研制出第一塊門陣 列（50門），為現(xiàn)如今的大規(guī)模集成電路發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有 里程碑意義 2021/3/1422 19711971年年:Intel:Intel推出推出1kb1kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAMDRAM）, ,標(biāo)志著標(biāo)志著 大規(guī)模集成電路出現(xiàn)大規(guī)模集成電路出現(xiàn); ; 1971年年:全球第一個(gè)微處理器4004由Intel公司推出,這是一個(gè)里程碑式的 發(fā)明; 1978年年:64kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器誕生，不足0.

24、5平方厘米的硅片上集成了14 萬(wàn)個(gè)晶體管，標(biāo)志著超大規(guī)模集成電路（VLSI）時(shí)代的來(lái)臨; 19791979年年:Intel:Intel推出推出5MHz 80885MHz 8088微處理器微處理器, ,之后，之后，IBMIBM基基 于于80888088推出全球第一臺(tái)推出全球第一臺(tái)PCPC 1985年:80386微處理器問(wèn)世,20MHz 1988年:16M DRAM問(wèn)世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500萬(wàn)個(gè)晶 體管，標(biāo)志著進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（VLSI）階段 1989年：486微處理器推出，25MHz，1m工藝，后來(lái)50MHz芯片采 用 0.8m工藝 2021/3/1423 19931993年

25、年:66MHz:66MHz奔騰處理器推出奔騰處理器推出, ,采用采用0.6m0.6m藝藝 1995年年-2003年年:1995年，PentiumPro,133MHz，采用0.6-0.35m工藝;1997 年：300MHz奔騰問(wèn)世，采用0.25m工藝;1999年：奔騰問(wèn)世，450MHz ，采用0.25m工藝，后采用0.18m工藝；2000年：1GbRAM投放市場(chǎng)； 2000年：奔騰4問(wèn)世，1.5GHz，采用0.18m工藝；2001年：Intel宣布2001年 下半年采用0.13m工；2003年：奔騰4E系列推出，采用90nm工藝 2005年年:intel 酷?？犷?系列上市系列上市,采用采用65

26、nm工藝工藝 2007年年:基于全新基于全新45納米納米High-K工藝的工藝的intel酷睿酷睿2 E7/E8/E9上市上市 2009年：年：intel酷?？犷系列全新推出，創(chuàng)紀(jì)錄采用了領(lǐng)先的系列全新推出，創(chuàng)紀(jì)錄采用了領(lǐng)先的32納納 米工藝，并且下一代米工藝，并且下一代22納米工藝正在研發(fā)納米工藝正在研發(fā) 2021/3/1424 2012年年:Intel發(fā)布代號(hào)為發(fā)布代號(hào)為“Ivy Bridge”的第三代的第三代 Core i系列系列,首次將首次將CPU制作工藝提升到制作工藝提升到22nm。命。命 名為名為Core i7 3770K。 2014年年:英特爾英特爾(Intel)首款首款14納

27、米納米(nm)處理器處理器- 第五代酷睿第五代酷睿(Core)正式問(wèn)世。正式問(wèn)世。2015年半導(dǎo)體業(yè)將年半導(dǎo)體業(yè)將 邁入邁入14/16納米制程世代納米制程世代,英特爾為搶占先機(jī)。英特爾為搶占先機(jī)。 2021/3/142525 3 3、何為集成電路工藝、何為集成電路工藝 集成電路集成電路 集成電路設(shè)計(jì)（包括：（包括：模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電路 設(shè)計(jì)） 集成電路制造集成電路制造（包括：材料、清洗、摻雜、擴(kuò)散、（包括：材料、清洗、摻雜、擴(kuò)散、 薄膜、光刻、金屬互聯(lián)、刻蝕等）薄膜、光刻、金屬互聯(lián)、刻蝕等） 集成電路測(cè)試、封裝及應(yīng)用 （工藝檢測(cè)、芯片封裝、電學(xué)測(cè)試 可靠性分析等等） 微電子產(chǎn)品微電子產(chǎn)品:半

28、導(dǎo)體分離器件和集成電路（半導(dǎo)體分離器件和集成電路（90%） 2021/3/1426 集成電路（集成電路（integrated circuit）:是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝,把一個(gè)電 路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo) 體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。 集成電路工藝（微電子工藝）集成電路工藝（微電子工藝）: : 狹義講是指在半導(dǎo)體硅片上制造出集成電路或分立器件的芯片結(jié)構(gòu)，這20-30各工藝步 驟的工作、方法和技術(shù)即為芯片制造工藝; 廣義的講，包含半導(dǎo)體集成電路和分立器件芯片制造及測(cè)試封裝的工作、

29、方法和技術(shù)。 集成電路工藝是微電子學(xué)中最基礎(chǔ)、最主要的研究領(lǐng)域之一。 不同產(chǎn)品芯片的制造工藝就是將多個(gè)單項(xiàng)工藝按照需要以一定順序進(jìn)行排列，稱為該產(chǎn)不同產(chǎn)品芯片的制造工藝就是將多個(gè)單項(xiàng)工藝按照需要以一定順序進(jìn)行排列，稱為該產(chǎn) 品的工藝流程。品的工藝流程。 2021/3/142727 微電子工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程圖微電子工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程圖 前工藝：微電子產(chǎn)前工藝：微電子產(chǎn) 品制造的特有工藝品制造的特有工藝 后工藝后工藝 2021/3/1428 300mm（12英寸）英寸）wafer 2021/3/1429 CMOS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2021/3/1430 2021/3/1431 2021/3/143232 n超凈 環(huán)境

30、、操作者、工藝三方面的超凈,如超凈室，ULSI 在100級(jí)超凈室制作，超凈臺(tái)達(dá)10級(jí)。 n超純 指所用材料方面，如襯底材料、功能性電子材料、水、 氣等; Si、Ge單晶純度達(dá)11個(gè)9。 n高技術(shù)含量 設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)先進(jìn)。 n高精度 光刻圖形的最小線條尺寸在深亞微米量級(jí)，制備的 介質(zhì)薄膜厚度也在納米量級(jí)，而精度更在上述尺度之上。 n大批量，低成本 圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)使之得以實(shí)現(xiàn)。 集成電路制造技術(shù)特點(diǎn) -超凈室超凈室 2021/3/1433 這些微小顆粒的主要問(wèn)題是在空氣中長(zhǎng)時(shí)間漂浮。 而潔凈工作室的潔凈度就是由空氣中的微粒大小和微粒含 量決定的。 美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E規(guī)定空氣質(zhì)量由區(qū)域空氣級(jí)別數(shù)來(lái)

31、決定的。標(biāo)準(zhǔn)按兩種方法設(shè)定,一是顆粒的大小，二是顆 粒的密度。 而級(jí)別數(shù)是指在一立方英尺中含有直徑為0.5微米或更 大的顆?？倲?shù)。 一般城市空氣中通常包含煙、霧、氣，每立方英尺多 達(dá)500萬(wàn)個(gè)顆粒，所以是500萬(wàn)級(jí)。 2021/3/1434 超凈室超凈室 2021/3/143535 超凈環(huán)境（超凈間） 2021/3/143636 2021/3/1437 超純材料 1、超純的半導(dǎo)體材料、超純的半導(dǎo)體材料,目前純度已達(dá)到目前純度已達(dá)到99.99999999999%， 即即11個(gè)個(gè)9，記為，記為11N. 2、功能性電子材料（如、功能性電子材料（如:Al、Au等金屬）、摻雜用氣體、外延等金屬）、摻雜用

32、氣體、外延 氣體等必須是高純度材料。氣體等必須是高純度材料。 3、所用化學(xué)試劑、器皿、器具等的雜質(zhì)含量必須低。、所用化學(xué)試劑、器皿、器具等的雜質(zhì)含量必須低。 4、芯片清洗用水是高純度的去離子水，一般用電阻率來(lái)表示、芯片清洗用水是高純度的去離子水，一般用電阻率來(lái)表示. 超大規(guī)模集成電路純用水的電阻為超大規(guī)模集成電路純用水的電阻為18M.cm， 2021/3/1438 批量復(fù)制和廣泛的用途 一、更大的晶圓片面積、更小尺寸晶體管。一、更大的晶圓片面積、更小尺寸晶體管。 一直在追求一直在追求 高性價(jià)比高性價(jià)比:低成本、高質(zhì)量低成本、高質(zhì)量 集成電路工藝是高可靠、高精度、低成本、集成電路工藝是高可靠、高

33、精度、低成本、 適合批量化大生產(chǎn)的工藝適合批量化大生產(chǎn)的工藝 各項(xiàng)工藝技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)新的行業(yè)各項(xiàng)工藝技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)新的行業(yè) MEMS和納米技術(shù)和納米技術(shù) 2021/3/1439 IC測(cè)試廠測(cè)試廠 硅原料硅原料 拉拉 晶晶 切切 割割 研研 磨磨 清清 洗洗 晶圓材料晶圓材料 廠廠 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) CAD Tape out 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)公司公司 Reticle 制作制作 mask制制 作廠作廠 硅片投入硅片投入 刻刻 號(hào)號(hào) 清清 洗洗 氧氧 化化 化學(xué)氣相化學(xué)氣相 沉積沉積 金屬濺鍍金屬濺鍍 護(hù)層沉積護(hù)層沉積 蝕刻蝕刻 離子離子注注入入/擴(kuò)散擴(kuò)散 光阻去除光阻去除 WAT測(cè)試測(cè)試 微影微影

34、 (光阻光阻) (曝光曝光) (顯影顯影) mask投入投入 集成電路集成電路 制造廠制造廠 硅片針測(cè)硅片針測(cè) IC測(cè)試測(cè)試Burn in IC封裝廠封裝廠 封封 裝裝打打 線線切切 割割 客客 戶戶 2021/3/1440 IC制造流程 芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì) 晶圓制造晶圓制造 芯片封裝芯片封裝 芯片測(cè)試芯片測(cè)試 芯片制造芯片制造 光罩制造光罩制造 上游上游:設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 中游中游:制造制造 下游下游:封測(cè)封測(cè) 2021/3/1441 IC設(shè)計(jì) IC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)- EDA & IP（占（占IC產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值30%） EDA IP EDA技術(shù)是在電子技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)

35、上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī) 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng),以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn) 行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。 利用利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議 等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，并將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，并將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性 能分析到設(shè)計(jì)出能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算版圖的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算 機(jī)上自動(dòng)處理完成。機(jī)上自動(dòng)處理完成。 IP是一種知識(shí)產(chǎn)權(quán)（是一

36、種知識(shí)產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property）,各個(gè)行各個(gè)行 業(yè)都有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，業(yè)都有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)， 半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)域半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)域 IP我們理解為我們理解為:硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)（硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)（Silicon Intellectual Property）也叫）也叫 “SIP” 或者或者 “硅智財(cái)硅智財(cái)”。 IP是一種事先定義、設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)證、可重復(fù)使用的功是一種事先定義、設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)證、可重復(fù)使用的功 能模塊。能模塊。 全球全球3萬(wàn)人從業(yè)人萬(wàn)人從業(yè)人 員員,締造締造50億美元億美元 年產(chǎn)值年產(chǎn)值-知識(shí)密知識(shí)密 集型行業(yè)，處于技集型行業(yè)，處于技 術(shù)前沿術(shù)前沿 年產(chǎn)值年產(chǎn)值8億美元億美元,成成 長(zhǎng)

37、率超長(zhǎng)率超40% - 知識(shí)密集型行業(yè)知識(shí)密集型行業(yè) 2021/3/1442 IC制造 制造制造- 光罩光罩 & 晶圓晶圓 （占（占IC產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值50%） MASK Foundry 光罩（英文光罩（英文:Reticle, Mask）:在制作在制作IC的過(guò)程中的過(guò)程中,利利 用光蝕刻技術(shù)，在半導(dǎo)體上形成圖型，為將圖型復(fù)制用光蝕刻技術(shù)，在半導(dǎo)體上形成圖型，為將圖型復(fù)制 于晶圓上，必須透過(guò)光罩做用的原理于晶圓上，必須透過(guò)光罩做用的原理1。比如沖洗照。比如沖洗照 片時(shí)，利用底片將影像復(fù)制至相片上。片時(shí)，利用底片將影像復(fù)制至相片上。 製作一套光罩的費(fèi)用在數(shù)萬(wàn)美元至數(shù)百萬(wàn)美元均有。製作一套光罩的費(fèi)

38、用在數(shù)萬(wàn)美元至數(shù)百萬(wàn)美元均有。 目前一款晶片至少需用到八層光罩，目前一款晶片至少需用到八層光罩，較為復(fù)雜的產(chǎn)品較為復(fù)雜的產(chǎn)品 需用到二、三十層光罩。光罩?jǐn)?shù)愈多，生產(chǎn)過(guò)程也愈需用到二、三十層光罩。光罩?jǐn)?shù)愈多，生產(chǎn)過(guò)程也愈 久。久。 晶圓代工是指向?qū)I(yè)的集成電路設(shè)計(jì)公司提供專門晶圓代工是指向?qū)I(yè)的集成電路設(shè)計(jì)公司提供專門 的制造服務(wù)。這種經(jīng)營(yíng)模式使得設(shè)計(jì)公司不需要自的制造服務(wù)。這種經(jīng)營(yíng)模式使得設(shè)計(jì)公司不需要自 己承擔(dān)造價(jià)昂貴的廠房己承擔(dān)造價(jià)昂貴的廠房,就能生產(chǎn)。這就意味著，晶就能生產(chǎn)。這就意味著，晶 圓代工商將龐大的建廠風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)偟綇V大的客戶群以圓代工商將龐大的建廠風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)偟綇V大的客戶群以 及多樣化

39、的產(chǎn)品上，從而集中開發(fā)更先進(jìn)的制造流及多樣化的產(chǎn)品上，從而集中開發(fā)更先進(jìn)的制造流 程。程。 資金密集型資金密集型 資金密集型資金密集型 知識(shí)密集型知識(shí)密集型 2021/3/1443 IC封測(cè) 成品成品- 封裝封裝 & 測(cè)試測(cè)試 （占（占IC產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值20%） TEST Assembly 晶圓測(cè)試晶圓測(cè)試 晶圓測(cè)試為晶圓測(cè)試為IC后端的關(guān)鍵步驟后端的關(guān)鍵步驟,標(biāo)有記號(hào)的不合格晶粒標(biāo)有記號(hào)的不合格晶粒 會(huì)被洮汰，以免徒增制造成本。具承先起后的作用。會(huì)被洮汰，以免徒增制造成本。具承先起后的作用。 IC成品測(cè)試成品測(cè)試 封裝成型后的測(cè)試，目的是封裝成型后的測(cè)試，目的是確認(rèn)確認(rèn)I C成品的功能

40、、速成品的功能、速 度、容忍度、電力消耗、熱力發(fā)散等屬性是否正常，度、容忍度、電力消耗、熱力發(fā)散等屬性是否正常， 以確保以確保IC 出貨前的品質(zhì)。出貨前的品質(zhì)。 IC 封裝是將前段制程加工完成之晶圓經(jīng)切割、黏晶、封裝是將前段制程加工完成之晶圓經(jīng)切割、黏晶、 焊線等過(guò)后被覆包裝材料焊線等過(guò)后被覆包裝材料,以保護(hù)以保護(hù)IC 組件及易于裝配組件及易于裝配 應(yīng)用，應(yīng)用，IC 封裝主要有四大功能封裝主要有四大功能: 1、電力傳送、電力傳送2、訊號(hào)傳送、訊號(hào)傳送:3、熱、熱量量去除去除4、靜電靜電保護(hù)保護(hù) 測(cè)試并不須投入原測(cè)試并不須投入原 料料,無(wú)原料成本，但無(wú)原料成本，但 因設(shè)備投資金額大因設(shè)備投資金額大 ，固定成本高。固定成本高。 封裝業(yè)因設(shè)備投資封裝業(yè)因設(shè)備投資 金額不大金額不大,原料原料 成本是制造成本的成本是制造成本的 大宗，約占大宗，約占4 - 6成成 左右左右。 2021/3/1444 silicon substrate sourcedrain 絕緣氮化硅絕緣氮化硅 源的金屬接觸源的金屬接觸 柵的金屬接觸柵的金屬接觸 漏的金屬接觸漏的金屬接觸 多晶硅柵多晶硅柵 場(chǎng)氧化層場(chǎng)氧化層 柵氧化層?xùn)叛趸瘜?MOSFET的工藝流程簡(jiǎn)介 2021/3/14