集成电路工艺概述
集成电路制造的工艺和技术
集成电路制造的工艺和技术集成电路制造技术是现代电子工业的支柱之一。
它是以硅晶片为载体，采用多种制造工艺和技术，将成千上万个微小元件组装在一起形成各种功能电路。
该技术的成功应用不仅促进了电子工业的高速发展，而且推动了人类社会的快速进步。
1. 集成电路制造的概述集成电路制造是指将各种微小的电子器件集成在一起，形成具有特定功能的芯片。
它是应用了材料科学、半导体物理学、化学制造技术等多种科学技术而形成的复杂工艺。
集成电路生产具有以下优势：1）能够提高产品的可靠性和一致性，减少制造成本；2）大大降低产品的功耗和尺寸，提高了产品的性能；3）大量减少电子设备的重量和体积，提高了设备的移动性和维护性。
2. 集成电路制造的工艺集成电路制造的工艺包括晶体生长、晶片加工、电路设计与刻蚀、金属线路布图等工序。
其中，晶体生长是最关键的步骤之一。
通常采用化学气相沉积(CVD)、液相化学淀积(LPCVD)、分子束外延(MBE)等方法实现晶体生长。
然后，需要对晶片进行本底处理、光刻、腐蚀、离子注入等工艺，完成芯片的制造。
3. 集成电路制造的技术在集成电路制造过程中，还需要采用多种技术，来保障芯片的可靠性和性能。
其中，最重要的技术包括以下几种：1）光刻技术：采用光刻胶和紫外线等手段，实现对芯片的具体电路设计的精细定义。
2）腐蚀技术：利用湿腐蚀或干蚀刻等方法，将芯片上无关部分刻蚀掉，形成固定的电路连接。
3）化学氧化法：将硅片放入氢气和氧气的匀浆中，在硅片表面形成了一层极薄的氧化硅膜，可提高硅片的质量和保护它的其他部分。
4. 集成电路制造的发展随着科技的飞速发展，集成电路制造技术也在以惊人的速度向前发展。
迄今为止，集成电路制造工艺已发展到了微米级别。
但是，研究者们正在努力寻找新的材料，通过新的生长方式、新的工艺等方式来发展这一技术，以满足人们日益增长的需求。
总之，随着集成电路制造技术的不断发展，人们的电子设备将会继续向更小、更加灵活、更加方便的方向发展。
《集成电路工艺》课件
薄膜制备设备
化学气相沉积设备
用于在硅片上沉积各种薄膜，如氧化硅、氮化硅 等。
物理气相沉积设备
用于沉积金属、合金等材料，如蒸发镀膜机。
化学束沉积设备
通过离子束或分子束技术，在硅片上形成高纯度 、高质量的薄膜。
光刻设备
01
02
03
投影式光刻机
将掩膜板上的图形投影到 硅片上，实现图形的复制 。
降低成本
集成电路工艺能够实现大规模生产，降低了单个电子 元件的成本。
促进技术进步
集成电路工艺的发展推动了半导体制造技术的进步， 促进了微电子产业的发展。
02
CATALOGUE
集成电路制造流程
薄膜制备
物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD ）是最常用的两种沉积技术。
薄膜的厚度、均匀性和晶体结构等特性对集成电路的 性能和可靠性具有重要影响。
分类
按照制造工艺技术，集成电路可分为 薄膜集成电路和厚膜集成电路；按照 电路功能，集成电路可分为模拟集成 电路和数字集成电路。
集成电路工艺的发展历程
小规模阶段
20世纪60年代，晶体管被集成 在硅片上，形成了小规模集成 电路。
大规模阶段
20世纪80年代，微处理器和内 存被集成在硅片上，形成了大 规模集成电路。
02
它通过化学腐蚀和机械研磨的协同作用，将硅片表面研磨得更
加平滑，减小表面粗糙度。
抛光液的成分、抛光压力和抛光时间等参数对抛光效果具有重
03
要影响。
03
CATALOGUE
集成电路工艺材料
硅片
硅片是集成电路制造中最主要的材料之一，其质量直 接影响集成电路的性能和可靠性。
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺
一、集成电路(Integrated Circuit)制造工艺
1、光刻工艺
光刻是集成电路制造中最重要的一环，其核心在于成膜工艺，这一步
将深受工业生产，尤其是电子产品的发展影响。
光刻工艺是将晶体管和其
它器件物理分开的技术，可以生产出具有高精度，高可靠性和低成本的微
电子元器件。
a.硅片准备：在这一步，硅片在自动化的清洁装置受到清洗，并在多
次乳液清洗的过程中被稀释，从而实现高纯度。
b.光刻：在这一步，光刻技术中最重要的参数是刻蚀精度，其值很大
程度上决定着最终的制造成本和产品的质量。
光刻体系中有两个主要部分：照明系统和光刻机。
光刻机使用一种特殊的光刻液，它可以将图形转换成
光掩膜，然后将它们转换成硅片上的图形。
在这一步，晶圆上的图像将逐
步被清楚的曝光出来，刻蚀精度可以达到毫米的程度。
c.光刻机烙印：在这一步，将封装物理图形输出成为光刻机可以使用
的信息，用于控制光刻机进行照明和刻蚀的操作。
此外，光刻机还要添加
一定的标识，以方便晶片的跟踪。
2、掩膜工艺
掩膜工艺是集成电路制造的一个核心过程。
它使用掩模薄膜和激光打
击设备来将特定图案的光掩膜转换到晶圆上。
使用的技术包括激光掩膜、
紫外光掩膜等。
集成电路制造工艺流程介绍
集成电路制造工艺流程介绍1. 晶圆生长：制造过程的第一步是晶圆生长。
晶圆通常是由硅材料制成，通过化学气相沉积（CVD）或单晶硅引入熔融法来生长。
2. 晶圆清洗：晶圆表面需要进行清洗，以去除可能存在的污染物和杂质，以确保后续工艺步骤的成功进行。
3. 光刻：光刻是制造过程中非常关键的一步。
在光刻过程中，先将一层光刻胶涂覆在晶圆表面，然后使用光刻机将芯片的设计图案投影在晶圆上。
接着，进行光刻胶显影，将未受光的部分去除，留下所需的图案。
4. 沉积：接下来是沉积步骤，通过CVD或物理气相沉积（PVD）将金属、氧化物或多晶硅等材料沉积在晶圆表面上，以形成导线、电极或其他部件。
5. 刻蚀：对沉积的材料进行刻蚀，将不需要的部分去除，只留下所需的图案。
6. 接触孔开孔：在晶圆上钻孔，形成电极和导线之间的接触孔，以便进行电连接。
7. 清洗和检验：最后，对晶圆进行再次清洗，以去除可能残留的污染物。
同时进行严格的检验和测试，确保芯片质量符合要求。
以上是一个典型的集成电路制造工艺流程的简要介绍，实际的制造过程可能还包括许多其他细节和步骤，但总的来说，集成电路制造是一个综合了多种工艺和技术的高精度制造过程。
集成电路（Integrated Circuit，IC）制造是一项非常复杂的工艺，涉及到材料科学、化学、物理、工程学和电子学等多个领域的知识。
在这个过程中，每一个步骤都至关重要，任何一个环节出错都可能导致整个芯片的质量不达标甚至无法正常工作。
以下将深入介绍集成电路的制造工艺流程及相关的技术细节。
8. 电镀：在一些特定的工艺步骤中，需要使用电镀技术来给芯片的表面涂覆一层导电材料，如金、铜或锡等。
这些导电层对于芯片的整体性能和稳定性非常重要。
9. 封装：制造芯片后，需要封装芯片，以保护芯片不受外部环境的影响。
封装通常包括把芯片封装在塑料、陶瓷或金属外壳内，并且接上金线用以连接外部电路。
10. 测试：芯片制造完成后，需要进行严格的测试。
集成电路的制造工艺与发展趋势
集成电路的制造工艺与发展趋势集成电路是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车电子等领域。
随着科技的不断进步，集成电路制造工艺也在不断发展。
下面将详细介绍集成电路制造工艺与发展趋势。
一、集成电路制造工艺1. 掩膜制作：通过光刻技术，将集成电路的设计图案绘制在光刻胶上，然后通过曝光和显影等步骤，制作出掩膜。
2. 清洗和蚀刻：将掩膜覆盖在硅片上，然后进行清洗，去除表面的杂质。
接着进行蚀刻，将掩膜图案暴露在硅片表面。
3. 沉积：使用化学气相沉积、物理气相沉积等方法，在硅片表面沉积上一层薄膜，常用的有氮化硅、氧化硅等。
4. 电镀：通过电解方法，在薄膜上电镀上一层金属薄膜，如铜、铂等，用于导电和连接电路中的元件。
5. 线路化：使用光刻技术，在薄膜上绘制导线、晶体管等电路元件。
然后通过金属蒸镀或电镀方法填充导线，形成完整的电路结构。
6. 封装：将制造好的芯片封装在塑料或陶瓷封装中，以保护芯片并方便与外界连接。
二、集成电路制造工艺的发展趋势1. 微缩化：随着技术的进步，集成电路的元件结构和线宽越来越小。
目前，主流制造工艺已经实现亚微米级别的线宽。
微缩化使得芯片的性能提高、功耗降低，并能够把更多的电路集成在一个芯片中。
2. 三维集成：为了提高集成度和性能，三维集成成为未来的发展方向。
通过堆叠多层芯片，可以实现更高的密度和更快的信号传输速度。
3. 更环保的制造过程：随着人们对环境保护的意识增强，集成电路制造过程也在朝着更环保的方向发展。
研究人员正在探索替代有害化学物质的材料和工艺，以减少对环境的污染。
4. 更高的集成度：随着技术的发展，未来的集成电路将实现更高的集成度。
通过设计更多的功能和更复杂的结构，可以实现更多的应用和更好的性能。
5. 新材料的应用：为了满足更高的性能需求，研究人员正在开发新的材料，如石墨烯、二维材料等，以用于集成电路制造。
总结：集成电路制造工艺是实现电子产品中心处理器及其他电子元件的制造过程。
集成电路四大基本工艺
集成电路是一种微型化的电子器件，其制造过程需要经过多个复杂的工艺流程。
其中，氧化、光刻、掺杂和沉积是集成电路制造中的四大基本工艺。
首先，氧化工艺是在半导体片上形成一层绝缘层，以保护芯片内部的电路。
这一步骤通常使用氧气或水蒸气等氧化物来进行。
通过控制氧化层的厚度和质量，可以确保芯片的可靠性和稳定性。
其次，光刻工艺是将掩膜版上的图形转移到半导体晶片上的过程。
该工艺主要包括曝光、显影和刻蚀等步骤。
在曝光过程中，光线通过掩膜版照射到晶片表面，使光敏材料发生化学反应。
然后，显影剂将未曝光的部分溶解掉，留下所需的图案。
最后，刻蚀剂将多余的部分去除，得到所需的形状和尺寸。
第三，掺杂工艺是根据设计需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触电极等元件。
该工艺通常使用离子注入或扩散等方法来实现。
通过精确控制掺杂的深度和浓度，可以调整材料的电学性质，从而实现不同的功能。
最后，沉积工艺是在半导体片上形成一层薄膜的过程。
该工艺通常使用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方法来实现。
通过控制沉积的条件和参数，可以得到具有不同结构和性质的薄膜材料。
这些薄膜材料可以用于连接电路、形成绝缘层等功能。
综上所述，氧化、光刻、掺杂和沉积是集成电路制造中的四大基本工艺。
这些工艺相互配合，共同构成了集成电路复杂的制造流程。
随着技术的不断进步和发展，这些工艺也在不断地改进和完善，为集成电路的发展提供了坚实的基础。
集成电路三大核心工艺技术
集成电路三大核心工艺技术集成电路（Integrated Circuit，IC）是将电子元器件（如晶体三极管、二极管等）及其元器件间电路线路集成在一片半导体晶圆上的电子器件。
它的核心工艺技术主要包括晶圆加工工艺、印刷工艺以及封装工艺。
晶圆加工工艺是指对半导体晶圆进行切割、清洗、抛光等处理，形成器件所需要的晶圆片。
其中，切割工艺是将晶体生长过程中形成的硅棒切割成特定的薄片晶圆，通常采用钻石刀进行切割。
清洗工艺则是将晶圆片进行化学清洗，以去除表面的污染物和杂质。
抛光工艺是对晶圆片进行抛光处理，以平整晶圆表面。
印刷工艺是将电子元器件的电路线路印刷在晶圆上，形成集成电路的功能电路。
其中，最常用的是光刻工艺。
光刻工艺是将光刻胶涂在晶圆上，然后通过光刻机将设计好的电路图案投射在光刻胶上，形成光刻胶图案。
然后，用化学溶液浸泡晶圆，使得光刻胶图案中的未暴露部分被溶解掉，形成电路图案。
此外，还有电子束曝光和X射线曝光等印刷工艺。
封装工艺是将半导体芯片密封在封装盒中，以保护芯片，并方便与外部连接。
常用的封装工艺有直插封装、贴片封装和球栅阵列封装（BGA）等。
其中，直插封装是通过铅脚将芯片插入插座中，然后通过焊接来固定芯片。
贴片封装是将芯片贴在封装基片上，然后通过焊接或导电胶来连接芯片和基片。
球栅阵列封装是将芯片翻转面朝下，焊接在基片上，并通过小球连接芯片和基片。
总结来说，集成电路的核心工艺技术主要包括晶圆加工工艺、印刷工艺以及封装工艺。
通过这些工艺，我们能够制造出高度集成、小型化的集成电路，为电子产品的发展提供了强大的支持。
随着科技的不断进步，集成电路的工艺技术也在不断发展，为我们的生活带来越来越多的便利和创新。
集成电路的基本制造工艺
集成电路的基本制造工艺
内容多样，条理清晰
一、介绍
集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是由大量集成电路元件、连接件、封装材料及其它辅助组件所组成，具有一定功能的电路，它将一
整套电路功能集成在一块微小的半导体片上，以微小的面积实现原来繁杂
的电路的功能，是1958年法国发明家约瑟夫·霍尔发明的结果，后经过
不断发展，已成为当今电子技术发展的核心产品。
二、制造工艺
1.半导体基材准备
半导体基材是制造集成电路的重要组成部分，制造基材的原材料主要
是晶圆，晶圆具有半导体特性，可用于加工成成型小型集成电路，晶圆的
基材制作工艺分为光刻、热处理和清洗三个步骤。
a.光刻
光刻的主要作用是将晶圆表面拉伸形成镜面，具体过程是将晶圆表面
上要制作的电路图案在晶圆上曝光，然后漂白，最后将原有晶圆形成的电
路图案抹去，晶圆表面上形成由其他物质覆盖的晶粒。
b.热处理
热处理是将晶圆暴露在高温环境中，内部离子的运动数量增加，使晶
体结构变化，以及晶粒的大小增加。
这样晶圆表面就可以形成由可控制的
晶体构造来定义的复杂电路模式。
c.清洗。
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设计基础是器件 系统实现技术是器件组成系统 基本工具是器件分析系和系统仿真
SoC阶段——集成电路设计技术是基本应用技术
设计基础是系统和电路 系统实现技术是系统集成技术 基本工具是系统和电路模型的仿真分析
时间安排（每周4学时*16周=64学时）
1课程概述
掺杂 扩散4 离子注入4
筛选
切片 封测
封装4
老化
测试
工序集成
•CMOS工艺2 •双极工序2 •新技术
实验
• 软件环境2 • 氧化2 • 掺杂2 • 综合2
参考教材
序号
书名
1 半导体制造技术
2 芯片制造——半导体工艺制程实用教程
3 硅集成电路工艺基础 4 超大规模集成电路—基础、设计、制造工
艺 5 集成电路工艺和器件的计算机模拟——IC
一旦材料被错误刻蚀去掉，在刻蚀过程中所犯的 错误将难以纠正，只能报废硅片，带来经济损失。
主要设备：
等离子体刻蚀机（湿法、干法） 等离子去胶机 湿法清洗设备
42
干法等离子体刻蚀机示意图
离子注入区
2021/3/12
离子注入机是亚微米工艺中常见的掺杂工具。
主要设备：
离子注入机 等离子去胶机 湿法清洗设备
网络
考核方法
20%平时成绩（考勤、作业、平时表现） 20%实验成绩 60%考试成绩（开卷）
课程作业
作业一
1描述CZ拉单晶炉的工作原理。
作业二
2描述集成电路的制膜工艺原理。
作业三
3描述集成电路的图形转移工艺原理。
作业四
4描述集成电路的掺杂工艺原理。
作业五
5以反相器为例描述CMOS工艺流程。
每块芯片上的元件数
摩尔定律
功耗
提高芯片可靠性
浴盆曲线
降低芯片成本
26
集成电路的5个制造阶段
集成电路的5个制造阶段
第1阶段：硅片制备
第2阶段：硅片制造
2021/3/12
裸露的硅片到达硅片制造厂，然后经过各种清洗、 成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，加工完的硅片具 有永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。
31
第4阶段：装配和封装
2021/3/12
把单个芯片包装在一个保护管壳内。
DIP
32
第5阶段：终测
2021/3/12
为确保芯片的功能，要对每一个封装的集成电 路进行测试，以满足制造商的电学和环境的特 性参数要求。
至此，集成电路制造完成。
33
晶圆制造厂
晶圆
在亚微米CMOS IC 制造厂典型的硅片流程模型
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2021/3/12
•集成电路的内部电路
Vdd
A
A
B OUT
B
0
0
1
Out
0
1
0
1
0
0
1
1
0
18
2021/3/12 19
2021/3/12
100 m 头发丝粗细
30m
50m 30~50m (皮肤细胞的大小)
1m 1m (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
集成电路工艺概述
课程介绍
普通高校专业学科目录（1998版）
分设十一个学科门类（无军事学），下设二级类71个， 专业249种。
01哲学
02经济学 03法学 04教育学 05文学 06历史学 07理学 08工学 09农学
0806 电气信息类
➢ 080601 电气工程及其自动化 ➢ 080602 自动化 ➢ 080603 电子信息工程 ➢ 080604 通信工程 ➢ 080605 计算机科学与技术 ➢ 080606 电子科学与技术 ➢ 080607
扩散区
2021/3/12
扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的 区域。
主要设备：
高温扩散炉：1200℃左右，能完成氧化、扩散、 淀积、退火以及合金等多种工艺流程。
湿法清洗设备（辅助）
硅片在放入高温炉之前必须进行彻底的清洗， 以去除硅片表面的沾污以及自然氧化层。
38
光刻区
2021/3/12
20
一个工业的诞生
1906年，真空三极管，Lee Deforest （电信号处理工业） 1947年，ENIAC
1947年12月23日，晶体管，John Bardeen， Walter Brattin，William Shockley（1956年诺贝 尔物理奖），固态，分立器件
（半导体工业）
2晶圆制备
时间内容安排 3氧化
4物理气相淀积
5化学气相淀积 9刻蚀 13封装
6化学机械抛光 作业一、二、三 10扩散 作业四、五 14期末复习
7期中复习
8光刻
11离子注入
12工艺集成
15仿真实验一、二 16仿真实验三、四
制膜 氧化4 CVD4 PVD4 外延4 平坦化4
基本工艺 图形转移 光刻4 刻蚀4
1968，INTEL
杰里·桑德斯（J. Sanders）AMD 查尔斯·斯波克（C. Sporck）NSC
2011年，台湾成为全球最大半导体晶圆生产地
根据市调机构IC Insights调查统计，2011年全球半 导体晶圆总月产能达13,617.8千片8寸约当晶圆。 其中台湾晶圆月产能达2,858.3千片8寸约当晶圆， 占全球半导体总产能达21%，跃居第1大生产国； 原本是全球最大晶圆生产国的日本，月产能达 2,683.6千片8寸约当晶圆，市占率达19.7%，位居 第2大生产国；韩国则以2,293.5千片8寸约当晶圆 月产能，位居第3大生产国，市占率达16.8%；美 国月产能达1,995.1千片8寸约当晶圆，市占率降 至14.7%，是全球第4大生产国。
IDM fabless foundry
半导体产业总是处于设备设计和制造技术的前沿。
30
2021/3/12
第3阶段：硅片的测试/拣选
硅片制造完成后，硅片被送到测试/拣选区， 在那里进行单个芯片的探测和电学测试，然后 拣选出可接受和不可接受的芯片，并为有缺陷 的芯片做标记，通过测试的芯片将继续进行以 后的工艺。
TCAD技术概论 6 电子科学与技术导论 7 集成电路芯片封装技术 8 现代集成电路制造工艺原理 9 集成电路制程设计与工艺仿真 10 MOS集成电路结构与制造技术 11 集成电路制造技术——原理与工艺 12 微系统封装原理与技术 13 图解半导体基础
作者
【美】Michael Quirk
【美】Peter Van Zant 关旭东
世界第一个晶体管
集成电路
2021/3/12
集成电路是由Kilby和Noyce两人于1959年分别发明， 并共享集成电路的专利。？1969
2000年，Kilby被授予诺贝尔物理学奖（Noyce去世10年） 杰克·基尔比（Jack Kilby）
德州仪器公司——Texas Instruments 锗,1959,2 “第一块集成电路的发明家”
肖克利博士非凡的商业眼光，成就了硅谷；肖克利博士拙 劣的企业才能，创造了硅谷。“天才与废物”硅谷的第一 公民，硅谷第一弃儿。
“八叛逆”（THE TRAITOROUS EIGHT）
1955年，“晶体管之父”威廉·肖克利，离开贝尔实验室创盟。但是很快，肖克利的管理方法和怪异行为引起员工的 不满。其中八人决定一同辞职，他们是罗伯特·诺依斯、戈 登·摩尔、朱利亚斯·布兰克、尤金·克莱尔、金·赫尔尼、 杰·拉斯特、谢尔顿·罗伯茨和维克多·格里尼克。被肖克利 称为“八叛逆”。八人接受位于纽约的仙童摄影器材公司的 资助，于1957年，创办了仙童半导体公司。
它有一层铝互连材料，这种材料被淀积在硅片的 最顶层以连接晶体管的不同部分。从硅上热氧化 生长的一层自然氧化层被用于隔离铝导线。这些 层的使用在半导体领域是一个重要发展，也是称 其为平面技术的原因。
24
半导体的集成时代
电路集成 分立元件 SSI MSI LSI VLSI ULSI
半导体产业周期 1960年前 20世纪60年代前期 20世纪60年代到70年代前期 20世纪70年代前期到70年代后期 20世纪70年代后期到80年代后期 20世纪90年代后期至今
【日】岩田 穆
出版社 电子工业
电子工业
北京大学 科学
时间 2004
2010
2003 2007
阮刚
复旦大学 2007
李哲英 李可为 李惠军 刘睿强 潘桂忠 王蔚 邱碧秀 【日】水野文
电子工业 电子
山东大学 电子工业 上海科学技术 电子工业 电子工业
科学
2006 2007 2007 2011 2010 2010 2006 2007
2021/3/12
每个芯片元件数 1 2~50 20~5000 5000~100 000 100 000~1 000 000 大于1 000 000
25
半导体主要趋势
2021/3/12
提高芯片性能：
速度（按比例缩小器件和使用新材料） 关键尺寸（CD）
芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸。硅片上的最小特征 尺寸被称为关键尺寸或CD。技术节点
➢ 2.电子材料
• 半导体材料、金属材料和非金属材料 • 采用什么样的材料才能满足工程实际的需要
➢ 3.分析与设计基本理论
• 电子材料的基本物理和化学性质、元器件的基本工作原理 等
➢ 4.工程应用技术与方法
• 提供了最直接的应用技术，是电子科学与技术理论研究和 工程应用技术联系的纽带
集成电路技术
罗伯特·诺伊思（Robert Noyce）
仙童半导体公司——Fairchild Semiconductor 硅,1959,7,30,“提出了适合于工业生产的集成电路理论”