集成电路工艺制造讲座

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1、集成电路工艺制造自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，是人类社会、经济活动的重要资源。社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体，由高速大容量光线和通讯卫星群以光速和宽频带地传送信息，从而使社会信息化、网络化和数字化。实现社会信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机和/或通讯机，它们的基础都是微电子。微电子：信息社会发展的基石集成电路的作用小型化价格急剧下降功耗降低故障率降低2020年世界最大的30个市场领域其中与微电子相关的22个市场：5万亿美元半导体产业发展历史1947第一只晶体管问

2、世1957FairchildSemiconductors公司成立（仙童－飞索）1958第一块集成电路问世1961仙童（半导体工艺）和德州仪器公司（电路形式）共同推出了第一颗商用集成电路（双极型模拟电路）1962TTL逻辑电路问世（双极型数字电路）1963仙童公司推出第一块CMOS集成电路19641英寸硅晶圆出现1965GordonMoore提出Moore’slaw（摩尔定律）1967专业半导体制造设备供应商—美国应用材料公司成立第一个晶体管BellLabs1948年双极逻辑电路1960年代ECL3输入门Motorola1966年M

3、oore定律1965年4月，GordenMooreIC能力随时间按指数规律增长–特征尺寸与集成度–性能与功能代的定义为4倍能力，2年/代至3年/代。来自于：–特征尺寸：0.7x，意味集成度x2。–速度：2x芯片尺寸：1.5x，意味单芯片面积x2成本：单位功能成本0.7x/年单位面积成本大致不变：~$4/cm2摩尔定律芯片成本下降单个芯片成本下降圆片尺寸增大特征尺寸与晶圆特征尺寸和技术节点特征尺寸越来越小1968Intel成立；NEC制作出日本第一颗IC1973商用的BiCMOS技术开发成功19795英寸的硅晶圆出现19858英寸硅

4、晶圆开始使用；1987台湾台积电开创专业IC制造代工模式1988专业EDA工具开发商Cadence公司成立.199612英寸硅晶圆出现2000中芯国际IC制造公司（SMIC）在中国大陆成立2002Intel建成首个12英寸生产线半导体产业发展历史2007年全球半导体厂商Top20排名厂商销售额百万美元排名厂商销售额百万美元1Intel（美）3397311AMD（美）57922Samsung（韩）2013712Qualcomm（美）56033Toshiba（日）1259013NEC（日）55554TI（美）1217214Freesc

5、ale（美）53495ST（欧）999115Micron（美）49436Hynix（韩）961416Qimonda（欧）41867Renesas日）813717Matsushita（日）39468Sony（日）804018Elpida（日）38369NXP（欧）603819Broadcom（美）373110Infineon（欧）586420Sharp（日）3584数据来源：iSuppli美国7家，日本7家，欧洲4家，亚太2家IC器件特征尺寸的极限原子的大小：几A（10-10米）需要几个原子组成一个器件最终极限可能接近100A或0.

6、01微米越30个硅原子集成度的发展单管成本0.00000010.0000010.000010.00010.0010.010.1119821985198819911994199720002003200620092012cost：¢-per-transistorFabricationcapitalcostpertransistor(Moore’slaw)MOS晶体管PolysiliconAluminumCMOS工艺现代CMOS工艺双阱沟槽隔离CMOS工艺IntelPentiumIV电路/版图设计集成电路设计版图光刻掩膜版制造掩模版（光

7、刻版）包含了要在晶圆硅片上重复生成的图形的石英版一套掩模版包含几十个工艺层的一个或多个管芯的图形布局、尺标记与容差等应服从设计规则及光刻工艺设备的要求掩模版：Mask/ReticleIC制造过程圆片制造工艺流程为什么采用硅材料？历史的选择储量丰富，便宜，取之不尽，用之不竭二氧化硅性质非常稳定，绝缘性能极好，且很容易通过热过程生长禁带宽度大，工作温度范围宽电学和机械性能优异单晶硅生长从砂子到硅片硅锭切片硅锭硅片硅片抛光300mmvs450mm氧化二氧化硅的主要特性密度：~2.20g/cm3折射率：~1.46（@550nm波长）电阻率

8、：与制备方法、杂质含量有关。高温干氧>1016Ωcm介电强度：106～107V/cm102~103V/um介电常数：3.9氧化机理氧化反应始终发生在Si/SiO2的界面处氧化层越厚，氧化速率越低氧扩散穿透已有的氧化层与衬底硅反应需要更多的时间氧化