西安交通大学：《芯片制造－半导体工艺实用教程》 第一章 半导体工业介绍

片制蔬 半导体工艺实用教程 参考书:半导体制造技术韩郑生等译 Semiconductor manufacturing Technolgy [美] Micheal@ uirk Julian Serda著

芯片制造 半导体工艺实用教程 参考书：半导体制造技术 韩郑生 等译 Semiconductor Manufacturing Technolgy [美] Micheal Quirk Julian Serda 著

第一章半导体产业介绍 ·概述 微电子从40年代末的第一只晶体管(Ge合金管) 问世,50年代中期出现了硅平面工艺,此工艺不 仅成为硅晶体管的基本制造工艺,也使得将多个 分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路成为 可能,随着制造工艺水平的不断成熟,使微电子 从单只晶体管发展到今天的USI。 回顾发展历史,微电子技术的发展不外乎包括 两个方面:制造工艺和电路设计,而这两个又是 相互相成,互相促进,共同发展

第一章 半导体产业介绍 • 概述 微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金管） 问世，50年代中期出现了硅平面工艺，此工艺不 仅成为硅晶体管的基本制造工艺，也使得将多个 分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路成为 可能，随着制造工艺水平的不断成熟， 使微电子 从单只晶体管发展到今天的ULSI。 回顾发展历史，微电子技术的发展不外乎包括 两个方面：制造工艺和电路设计，而这两个又是 相互相成，互相促进，共同发展

1.1半导体工业的诞生 电信号处理工业始于上个世纪初的真空管,真空 管使得收音机、电视机和其他电子产品成为可能 它也是世界上第一台计算机的大脑。 ·真空管的缺点是体积大、功耗大,寿命短。当时 这些问题成为许多科学家寻找真空管替代品的动 力,这个努力在1947年 12月23日得以实现。也 就是第一只Ge合金管的 诞生。如图所示

1.1 半导体工业的诞生 • 电信号处理工业始于上个世纪初的真空管，真空 管使得收音机、电视机和其他电子产品成为可能。 它也是世界上第一台计算机的大脑。 • 真空管的缺点是体积大、功耗大，寿命短。当时 这些问题成为许多科学家寻找真空管替代品的动 力，这个努力在1947年 12月23日得以实现。也 就是第一只Ge合金管的 诞生。如图所示

1.2固态器件 故态器件不仅是指晶体管,还包括电阻器和电容 Ge合金管的缺点是工作温度低,电性能差。 50年代随着硅平面制造工艺的出现,很快就出现 了用硅材料制造的晶体管。 由于硅材料的制造温度(熔点温度1415℃)和硅晶 体管的工作温度都优于锗(熔点温度937℃),加 之SiO的天然生成使得硅晶体管很快取代了Ge晶 体管

1.2 固态器件 • 故态器件不仅是指晶体管，还包括电阻器和电容 器。 • Ge合金管的缺点是工作温度低，电性能差。 • 50年代随着硅平面制造工艺的出现，很快就出现 了用硅材料制造的晶体管。 • 由于硅材料的制造温度(熔点温度1415℃)和硅晶 体管的工作温度都优于锗(熔点温度937℃) ，加 之SiO2的天然生成使得硅晶体管很快取代了Ge晶 体管

1.3集成电路 最早的集成电路仅是几个晶体管、二极管、电 容器、电阻器组成,而且是在锗材料上实现的 是由德州仪器公司的杰克·基尔比发明的。如 图所示。右图是用平面技术制造的晶体管 坪区 输出

1.3 集成电路 • 最早的集成电路仅是几个晶体管、二极管、电 容器、电阻器组成，而且是在锗材料上实现的， 是由德州仪器公司的杰克·基尔比发明的。如 图所示。右图是用平面技术制造的晶体管 坪区 输出 - V + V

1.4工艺和产品趋势 从以开始,半导体工业就呈现出在新工艺和器件 结构设计上的持续发展。工艺的改进是指以更小 尺寸来制造器件和电路,并使之具有更高的密度, 更多的数量和更高的可靠性。 尺寸和数量是IC发展的两个共同目标 芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸,将此定义 为制造复杂性水平的标准。 通常用微米来表示。一微米为1/1000厘米。 · Gordon moore在1964年预言IC的密度每隔18~24 个月将翻一番, 摩尔定律

1.4 工艺和产品趋势 • 从以开始，半导体工业就呈现出在新工艺和器件 结构设计上的持续发展。工艺的改进是指以更小 尺寸来制造器件和电路，并使之具有更高的密度， 更多的数量和更高的可靠性。 • 尺寸和数量是IC发展的两个共同目标。 • 芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，将此定义 为制造复杂性水平的标准。 • 通常用微米来表示。一微米为1/10000厘米。 • Gordon Moore在1964年预言IC的密度每隔18～24 个月将翻一番，------摩尔定律

10 256 10 10 1 M 10 56K 10 10 1 K 10 197019751980198519901995 水平 缩写 单位芯片内的器件数 小规模集成电路 中规模集成电路 MSI 505000 大规模集成电路 500100000 特大规模集成电路 VISI 1000001000000 超大规模集成电路 ULS I 1000000

年 （元件 芯片） / 水平 缩写 单位芯片内的器件数 小规模集成电路 中规模集成电路 大规模集成电路 特大规模集成电路 超大规模集成电路 SSI MSI LSI VLSI ULSI 2 ~ 50 50 ~ 5000 5000 ~100 000 100 000 ~ 1 000 000 > 1 000 000

·特征尺寸的减小和电路密度的提高产生的结果是: 信号传输距离的缩短和电路速度的提高,芯片或电 路功耗更小。 15半导体工业的构成 半导体工业包括材料供应、电路设计、芯片制造和 半导体工业设备及化学品供应五大块 ·目前有三类企业:一种是集设计、制造、封装和市 场销售为一体的公司;另一类是做设计和销售的公 司,他们是从芯片生产厂家购买芯片;还有一种是 芯片生产工厂,他们可以为顾客生产多种类型的芯 片

• 特征尺寸的减小和电路密度的提高产生的结果是： • 信号传输距离的缩短和电路速度的提高，芯片或电 路功耗更小。 1.5 半导体工业的构成 • 半导体工业包括材料供应、电路设计、芯片制造和 半导体工业设备及化学品供应五大块。 • 目前有三类企业：一种是集设计、制造、封装和市 场销售为一体的公司；另一类是做设计和销售的公 司，他们是从芯片生产厂家购买芯片；还有一种是 芯片生产工厂，他们可以为顾客生产多种类型的芯 片

1.6器件制造 ·半导体器件制造分4个不同阶段: 1.材料准备 2.晶体生长与晶圆准备 3.芯片制造 4.封装 材料 晶体生长 准各一>与晶圆准备◆制一

1.6 器件制造 • 半导体器件制造分4个不同阶段： 1.材料准备 2.晶体生长与晶圆准备 3.芯片制造 4.封装 材料 准备 晶体生长 与晶圆准备 晶圆 制造 封装