第一章：绪论

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1、集成电路工艺,电子科技大学 微电子与固体电子学院,张国俊主讲,课程介绍,集成电路（Integrated Circuit，IC ） 芯片 工艺 制造方法、制造技术 为什么学习这门课程？,课程介绍,工 艺,器 件,电 路,器件的基础,电路的基础,课程介绍,差分放大器电路图,设计指标 工作电压：5V 差模电压增益 40db 输入失调电压0.5mV 带宽10MHz ,对器件的要求 BVdss8V 输入对管gm 有源负载管ro 在Layout中输入对管的匹配好 截止频率,对工艺的要求 1.0um CMOS工艺平台 工艺库：spice model、DRC、LVS等,课程介绍,本课程从设备结构及其工作原理、

2、单项工艺方法、工艺集成技术、工艺流程等方面，介绍了集成电路的制造工艺原理。 它同微电子器件、模拟集成电路原理等课程联系紧密，知识点衔接紧凑，使整个课程体系更具系统性。 集成电路设计与集成系统专业的核心课,课程介绍,掌握了该门课程 集成电路工艺基础OK！ 掌握了该门课程 器件物理的深入理解OK！ 掌握了该门课程 集成电路的设计基础OK！ 掌握了该门课程 集成电路的设计成功率OK！,课程安排,教材： 半导体制造技术中文版，韩郑生等译， 电子工业出版社 2004，国外电子与通信教材系列。 参考教材： 1.集成电路工艺基础，王阳元等编著，高等教育出版社。 2.微电子制造科学原理与工程技术，Stephe

3、n A. Campbell著，电子工业出版社，国外电子与通信教材系列 。 3.集成电路制造技术原理与实践，庄同曾编，电子工业出版社。,课程安排,总学时数：32学时 每周三、五的上午第3、4节 相关课程： “集成电路原理” “微电子器件” “集成电路工艺实验”,课程安排,主要内容： 第一章：绪论 第二章：氧化 第三章：扩散 第四章：沉积 第五章：光刻 第六章：刻蚀,课程安排,第七章：离子注入 第八章：蒸发与溅射 第九章：化学机械抛光 第十章：工艺集成,课程目标,了解半导体产业的发展动态； 理解集成电路制造的先进工艺技术； 掌握氧化、光刻、刻蚀、扩散、离子注入、沉积等各种单项工艺技术的基本原理、方

4、法和主要特点； 掌握工艺集成的特点以及集成电路制造的基本工艺流程。,上课要求,1. 提高到课率和听课率，严格考勤、实行请假制度 2. 采取“教学互动”的教学方式，欢迎用电子邮件传送疑难问题 3. 考试方式：闭卷，平时成绩（到课率、交作业）占30，期末考试70,任课教师：张国俊 电子邮箱：zgj 电话：02883207780 助教： 电子邮箱：,第一章：绪论,本章主要内容 1.1 半导体产业介绍（书中第1章） 1.2 器件技术（书中第3章） 1.3 硅和硅片制备（书中第4章）,1.1 半导体产业介绍,本节目录 1.产业的地位及重要性 2.集成电路产业的特点 3.产业规模及市场需求 4.集成电路产

5、业链结构 5.我国集成电路产业发展情况 6.产业技术发展 7.集成电路制造 8.集成电路的发展趋势,1.1 半导体产业介绍,1. 产业的地位及重要性 集成电路 被喻为国家的“工业粮食” 集成电路 所有整机设备的“心脏” 电子信息产业（以集成电路为核心） 全球第一大产业 集成电路的发展规模及水平 衡量一个国家综合国力的重要标志 集成电路产业战略产业,1.1 半导体产业介绍,1. 产业的地位及重要性 芯片产业1美元的产值，可以带动信息产业10美元的产值和100美元国内生产总值。 世界各国纷纷将芯片作为国家重点战略产业来抓。 美国、日本等发达国家通过大量研发投入确保技术领先，韩国、新加坡等通过积极的

6、产业政策推动集成电路产业发展。,来源: 中国电子报,1.1 半导体产业介绍,2. 集成电路产业的特点 投资大 风险高 产品的性价比越来越高 产品更新换代快,1.1 半导体产业介绍,2. 集成电路产业的特点 2007年的数据： 投资建线费用： 8英寸10亿美元； 12英寸15亿美元（90nm） 运转费用：8英寸线：100万元/天,1.1 半导体产业介绍,2. 集成电路产业的特点 2014年的数据： 投资建线费用： 22/20nm 12英寸70亿美元 32/28nm光刻机（TwinScan NXT）单价：5000万美元 （ASML） 10/7nm光刻机（EUV系统）单价：1亿美元（ASML）,来源

7、: IC设计与制造,1.1 半导体产业介绍,IC一次流片的费用：,单位：万元人民币,3. 产业规模及市场需求,1.1 半导体产业介绍,数据来自：美国市场调查公司IHS,3. 产业规模及市场需求 2006年产业规模达到2477亿美元，从而使电子信息产业成为世界第一大产业 半导体占个人电脑成本的3040 在每一部手机中半导体约占100美元的价值 每辆汽车约占140美元的价值,1.1 半导体产业介绍,4. 集成电路产业链结构 以IC设计业、IC制造业、IC封装测试业为主的产业链结构。 IC设计业（IC设计公司）拥有产品和市场，属于 Fabless IC制造业（IC代工厂）拥有芯片生产线，常称为fou

8、ndry IC封装测试业（IC封装测试公司） IC支撑业（硅片材料厂、半导体设备厂等）,1.1 半导体产业介绍,IC设计公司 利用EDA软件和foundry提供的工艺库文件 进行电路设计和版图设计 完成Layout数据文件提交给Foundry IC代工厂（ Foundry ） MASK制备（使用Layout数据文件和专用设备） 准备硅片等原材料 进行流片（百千道工序、生产周期：12个月）,1.1 半导体产业介绍,IC封装测试公司 中测（IC晶圆级测试、使用探针台、测试仪器，标识） 划片（IC晶圆减薄、切割成芯片） 封装（经粘片、压焊、封装、打标等工序，制成IC成品） 末测（IC成品级测试） 硅

9、片材料厂 硅晶圆片的生产（经拉制单晶、切片、研磨、抛光等工序制成符合IC制造要求的硅片）,1.1 半导体产业介绍,1.1 半导体产业介绍,5. 我国集成电路产业发展情况 市场规模：中国全球最大的半导体市场 2006年：5800亿元（900亿美元）占全球36% 2013年：1700亿美元占全球54% 国产芯片的市场份额只占10% 全球77%的手机是中国制造，但其中不到3%的手机芯片是国产的。,来源: 中国电子报,1.1 半导体产业介绍,5. 我国集成电路产业发展情况 集成电路设计业 1986年我国第一家专业设计公司成立 IC设计单位近500家，设计业人员超过5万人,1.1 半导体产业介绍,200

10、7年中国IC设计销售额前十位企业排名,1.1 半导体产业介绍,2013年中国IC设计销售额前十位企业排名,1.1 半导体产业介绍,2014年中国IC设计企业9个进入全球50大Fabless,1.1 半导体产业介绍,2014年全球前十大半导体厂营收排行榜,来源：研调机构IHS,IDM（Integrated Design and Manufacture） 设计生产一体化,1.1 半导体产业介绍, 集成电路芯片制造业 20世纪90年代我国先后建成第一条6英寸和8英寸IC生产线（分别是908工程无锡华晶项目和909工程上海华虹NEC项目） 2007年国内已经有集成电路芯片制造企业近50家，拥有各类集成

11、电路芯片生产线50条,1.1 半导体产业介绍,2013年中国十大集成电路与分立器件制造企业： 1、中芯国际集成电路制造有限公司 2、上海华虹（集团）有限公司 3、华润微电子（控股）有限公司 4、无锡海力士意法半导体有限公司 5、和舰科技（苏州）有限公司 6、首钢日电电子有限公司 7、上海先进半导体制造有限公司 8、台积电（上海）有限公司 9、上海宏力半导体制造有限公司 10、吉林华微电子股份有限公司,来源: OFweek电子工程网,1.1 半导体产业介绍,中国12英寸晶圆厂,1.1 半导体产业介绍,中国8英寸、6英寸晶圆厂,1.1 半导体产业介绍, 集成电路封装测试业 国内主要封装测试企业：江

12、苏长电、天水华天科技、南通富士通、Intel、Infineon、Sansumg、Fairchild等 IC封装测试企业超过70家，2007年国内集成电路总封装能力超过500亿块,1.1 半导体产业介绍, 我国集成电路产业政策 2000年鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策 2011年进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策 2014年6月国务院正式批准发布实施国家集成电路产业发展推进纲要 （其中千亿国家产业投资基金、示范性微电子学院等）,6. 产业技术发展 真空管时代（20世纪40年代前）,体积大 重量重 功耗高 可靠性差,1.1 半导体产业介绍,固体晶体管时代（20世纪50年代后） 1

13、947年发明固体晶体管（肖克莱、巴丁、布拉顿） 1957年第一个硅平面晶体管诞生 1959年发明硅基集成电路（诺伊思、基尔比） 与真空管比，固体晶体管的优点： 无真空 体积小 重量轻 功耗低 可靠性高, 1947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） 因此发明获得诺贝尔奖, 固体晶体管的发明者, 1957年诞生第一个硅平面晶体管, 1959年美国仙童公司的诺伊思（R.Noicy）开发出用于IC的Si平面工艺技术，从而推动了IC制造业的大发展。,1959年仙童公司制造的IC,集成电路时代（20世纪60年代后） 集成电路发展的五个时代,集成电路的概念 集成电路是把电阻

14、、电容、二极管、晶体管等多个元器件制作在一个芯片上，并具有一定功能的电路。 集成度 是指每个芯片上的元器件数。, 集成电路硅片、芯片 含芯片的硅片称为集成电路硅片也称为集成电路晶圆,一种集成电路芯片, ULSI芯片, 芯片中的器件之一, 集成电路成品 微处理器, 集成电路成品 PGA （ Pin Grid Array Package）插针网格阵列封装 DIP8 （dual in-line Package）8引脚双列直插塑料封装, 应用电路系统中的集成电路,7.集成电路制造 集成电路制造步骤： Wafer preparation(硅片准备) Wafer fabrication (硅片制造) Wa

15、fer test/sort (硅片测试和拣选) Assembly and packaging (装配和封装) Final test(终测),1.1 半导体产业介绍,Assembly and packaging (装配和封装) 主要工序： 划片 粘片 压焊：铝丝键合或金丝球焊 封装、 打印标记,Assembly and packaging (装配和封装),一种完成装配和封装的MCU IC,IC晶圆测试系统,IC晶圆测试系统中的探针台,8. 集成电路的发展趋势 芯片性能不断提高 芯片可靠性不断提高 芯片成本不断降低,1.1 半导体产业介绍,提高芯片性能提高速度，降低功耗 提高速度减小特征尺寸，研发

16、新材料 提高芯片可靠性设计优化，严格控制污染 降低芯片成本提高集成度、增加硅片直径, 硅片尺寸（Wafer Size）的不断增大，使芯片的成本逐渐降低,目的：降低成本,特征尺寸（ Critical Dimension,CD）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 的标志，代表集成电路的工艺水平。 在CMOS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,加深对微尺度的印象,器件的CD技术节点,45/40nm 2007 32/28nm 2011 22/20nm 2014 16/14nm 2015（TSMC/Intel） 10/7nm 研发中,摩尔定律： IC 的集成度将每一年半翻一番（即每18个 月增长1倍） （由Intel 公司创始人戈登.摩尔提出） IC