第0章绪论集成电路的基本制造工艺
集成电路的基本制造工艺PPT培训课件
二氧化硅、氧化铝等是集成电路制造中常用的介质材料，用于隔离不同器件和层间绝缘。
氧化物
氮化硅、氮化硼等是具有高硬度、高熔点和高化学稳定性的介质材料，常用于保护和钝化表面。
氮化物
介质材料
金属材料
铜
铜是目前集成电路中主要的互连材料，具有低电阻、高可靠性等优点。
铝
铝是早期集成电路中常用的互连材料，具有成本低、延展性好等优点。
详细描述
集成电路的发展历程
集成电路的应用领域
总结词：集成电路的应用领域非常广泛，包括通信、计算机、消费电子、工业控制、医疗器械等。随着技术的不断发展，集成电路的应用领域还将不断扩大。
02
集成电路制造工艺流程
前道工艺流程
通过物理或化学气相沉积等方法在衬底上形成薄膜，作为集成电路的基本材料。
利用光刻胶和掩膜板，将设计好的电路图案转移到衬底上。
合金材料
金、银、铂等贵金属和铜、镍等贱金属的合金材料在集成电路制造中也有应用，用于提高器件性能和可靠性。
光刻胶是集成电路制造中最关键的材料之一，用于图形转移和掩膜。
光刻胶
研磨料用于表面处理和研磨，以实现平滑和洁净的表面。
研磨料
其他材料
04
集成电路制造设备与技术
光刻设备
用于将电路图案转移到晶圆片上，包括曝光机和光刻机等。
制造设备
随着集成电路的集成度不断提高，制程技术不断向纳米级别发展，目前已经达到纳米级别。
纳米制程技术
新型材料如碳纳米管、二维材料等在集成电路制造中的应用逐渐增多，为集成电路的发展提供了新的可能性。
新型材料应用
通过将多个芯片堆叠在一起，实现更高速的信号传输和更低的功耗，成为集成电路制造技术的重要发展方向。
集成电路制造工艺PPT课件
40
净化厂房
精选
41
芯片制造净化区域走廊
精选
42
投 影 式 光 刻 机
Here in the Fab Two Photolithography area we see one of
our 200mm 0.35 micron I-Line Steppers. this stepper can
image and align both 6 & 8精i选nch wafers.
精选
最快速度：2.4GHz
24
集成电路的分类
–器件结构类型 –集成度 –电路的功能 –应用领域
精选
25
按器件结构类型分类
• 双极集成电路：主要由双极型晶体管构成
–NPN型双极集成电路
–PNP型双极集成电路
• 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由 MOS晶体管(单极型晶体管)构成
–NMOS
and SemiTool in 1995. Again these are the world's first 300mm wet
process cassettes (that can be spin rin精s选e dried).
44
12 英 寸 氧 化 扩 散 炉
As we look in this window we see the World's First true 300mm production
精选
18
❖ 集成电路单片集成度和最小特征尺寸的发展曲线
精选
19
精选
20
发展 阶段
主要特征 元件数/芯片
特征线宽(um)
栅氧化层厚度 (nm)
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺集成电路制造工艺是一项高度复杂和精细的技术过程，它涉及到多个步骤和环节。
下面将介绍一般的集成电路制造工艺流程。
首先是晶圆制备。
晶圆是集成电路的基础材料，通常由硅材料制成。
制备晶圆需要精确的工艺和设备，包括材料分析、芯片设计、晶圆选择和切割等步骤。
在制备过程中，要保证晶圆的纯度和质量，确保芯片的正常运行。
接下来是晶圆上的图案制作。
这一步主要是通过光刻技术将芯片设计上的图案转移到晶圆上。
光刻是一种利用紫外线照射光刻胶，然后通过化学处理来形成芯片图案的技术。
在这一步中，制造工程师需要控制光刻机的参数和条件，以确保图案的精确度和清晰度。
接着是雕刻。
雕刻是将光刻后形成的图案转移到晶圆上的过程。
这里使用的是化学气相沉积或离子束雕刻等技术。
制造工程师需要精确控制雕刻机的参数，使得雕刻过程能够准确地复制芯片设计上的图案。
接下来是金属沉积。
这一步是为芯片的导线和电极等部分进行金属沉积，以连接芯片上的不同元件。
金属沉积通常使用物理气相沉积或化学气相沉积技术。
制造工程师需要控制沉积的厚度和均匀性，以确保导线和电极的电性能和连接质量。
然后是化学机械抛光。
抛光是为了平整化晶圆表面，以便进行下一步的工艺步骤。
抛光是利用机械研磨和化学反应溶解的技术，在控制条件下去除晶圆表面的不平坦部分。
最后是芯片封装和测试。
在封装过程中，芯片被放置在封装材料中，并进行焊接和封装工艺。
然后芯片需要经过严格的测试，以确保其功能和品质。
测试包括功能测试、可靠性测试和环境适应性测试等。
总的来说，集成电路制造工艺是一个复杂而精细的过程，需要多个步骤和环节的精确控制。
通过不断的技术创新和工艺改进，集成电路制造工艺不断提高，为我们提供了更加先进和高效的电子产品。
集成电路制造工艺是现代电子工业的重要基础，它的高度复杂和精细使得集成电路成为了现代科技的核心。
随着科技的飞速发展，集成电路的制造工艺也在不断地进步和创新。
本文将具体介绍集成电路制造工艺的一些关键步骤和技术。
集成电路的制造工艺流程
集成电路的制造工艺流程集成电路制造工艺流程是指将电子器件的元件和电路按照一定的规则和方法集成在半导体晶片上的过程。
制造工艺流程涉及到多个环节，如晶圆加工、电路图形绘制、光刻、腐蚀、沉积、复合、切割等。
下面将详细介绍集成电路的制造工艺流程。
首先，制造集成电路的第一步是选择合适的基片材料。
常用的基片材料有硅、蓝宝石和石英等。
其中，硅基片是最常用的基片材料，因为硅具有良好的热导性能和机械性能，同时也便于进行光刻和腐蚀等工艺步骤。
接下来，对基片进行晶圆加工。
晶圆加工是指将基片切割成薄片，并对其进行去杂质处理。
这一步骤非常关键，因为只有获得高质量的基片才能保证电路的性能和可靠性。
然后，根据电路设计图纸，使用光刻技术将电路图形绘制在基片上。
光刻技术是一种重要的制造工艺，主要利用分光光源、透镜和光刻胶等材料来实现。
通过光刻，可以将电路的结构图案转移到基片表面，形成精确的电路结构。
接着，进行腐蚀处理。
腐蚀是将未被光刻阻挡住的区域去除，使得电路结果清晰可见。
常用的腐蚀液有氟化氢、硝酸等。
腐蚀过程中需要严格控制时间和温度，以防止过腐蚀或不足腐蚀。
接下来，进行沉积工艺。
沉积是指利用化学反应或物理过程将金属、氧化物等材料沉积在基片表面。
沉积技术包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
沉积工艺可以形成导体、绝缘体和介质等层，以实现电路的功能。
在进行复合工艺之前，还需要对电路进行电性能测试。
通过测试，可以检测电路是否存在故障和缺陷，并对其进行修复或更换。
最后一步是切割。
切割是将晶片切割成小片，以供后续封装和测试使用。
常用的切割工艺有晶圆锯切和激光切割等。
综上所述，集成电路的制造工艺流程包括基片材料选择、晶圆加工、电路图形绘制、光刻、腐蚀、沉积、复合和切割等环节。
每个环节都非常关键，需要严格控制各项参数和步骤，以保证最终产品的质量和性能。
集成电路制造工艺PPT课件
掺杂工艺（Doping）
掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域 中，以达到改变半导体电学性质，形成PN结 、电阻、欧姆接触。
掺入的杂质主要是： 磷(P)、砷(As) —— N型硅 硼(B) —— P型硅 掺杂工艺主要包括：扩散（diffusion)、离
子注入(ion implantation)。
亮场版和暗场版
曝光的几种方法
接触式光刻：分辨率较高， 但是容易造成掩膜版和光刻 胶膜的损伤。
接近式曝光：在硅片和掩膜 版之间有一个很小的间隙 (10～25mm)，可以大大减 小掩膜版的损伤，分辨率较 低。
投影式曝光：利用透镜或反 射镜将掩膜版上的图形投影 到衬底上的曝光方法，目前 用的最多的曝光方式。（特 征尺寸：0.25m)
❖等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离 基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择 性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差。
❖反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为RIE)： 过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀 。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各 向异性和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺 中应用最广泛的主流刻蚀技术。
–激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格 位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到 杂质的作用。
–消除损伤
❖ 退火方式：
–炉退火
–快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)。
氧化（Oxidation）
❖ 氧化：制备SiO2层 ❖ SiO2 是 一 种 十 分 理 想 的 电 绝 缘 材 料 ， 它 的 化 学 性
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺第1章绪论1.1 课题背景在过去的的几十年里，一个以计算机、互联网、无线通信和全球定位系统为组成部分的信息社会逐渐形成。
这个信息社会的核心部分是由众多内建于系统中的细小集成电路（IC）芯片支持和构成的。
集成电路广泛应用于生活中的各个领域—诸如消费类产品、家庭用品、汽车、信息技术、电信、媒体、军事和空间应用。
结合纳米技术，持续不断的研究和开发即将使得集成电路更小和更强有力。
在可见的未来，计算机的尺寸将缩小到指甲盖大小，达到集成电路在尺寸、速度、价格及功耗方面实际可能的极限。
1.2 集成电路制造工艺发展概况随着硅平面工艺技术的不断完善和发展，到1958年，诞生了第一块集成电路，也就是小规模集成电路（SSL）；到了20世纪60年代中期，出现了中规模集成电路（MSL）；20世纪70年代前期，出现了大规模集成电路（LSL）；20世纪70年代后期又出现了超大规模集成电路（VLSL）；到了20世纪90年代就出现了特大规模集成电路（ULSL）。
集成电路的制造工艺流程十分复杂，而且不同的种类、不同的功能、不同的结构的集成电路，其制造工艺的流程也不一样。
人们常常以最小线宽（特征尺寸）、硅晶圆片的直径和动态随机存取存储器（DRAM）的容量，来评价集成电路制造工艺的发展水平。
在表1-1中列出了从1995年到2010年集成电路的发展情况和展望。
表1-1 集成电路的发展情况和展望年代1995 1998 2001 2004 2007 2010 特征尺寸/um 0.35 0.25 0.18 0.13 0.09 0.065DRAM容量/bit 64M 256M 1G 4G 16G 64G微处理器尺寸/mm²250 300 360 430 520 620DRAM尺寸/mm²190 280 420 640 960 1400 逻辑电路晶体管密度（晶体管数）/个4M 7M 13M 25M 50M 90M 高速缓冲器/（bit/cm²）2M 6M 20M 50M 100M 300M最大硅晶圆片直径/mm 200 200 300 300 400 400第2章半导体集成电路制造工艺流程2.1 概括本章以大量精美的图片、图表及具体详实的数据详细描述了集成电路制造的全过程。
半导体集成电路考试题目及参考答案
第一部分考试试题第0章绪论1.什么叫半导体集成电路？2.按照半导体集成电路的集成度来分，分为哪些类型，请同时写出它们对应的英文缩写？3.按照器件类型分，半导体集成电路分为哪几类？4.按电路功能或信号类型分，半导体集成电路分为哪几类？5.什么是特征尺寸？它对集成电路工艺有何影响？6.名词解释：集成度、wafer size、die size、摩尔定律？第1章集成电路的基本制造工艺1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作用？2.在制作晶体管的时候，衬底材料电阻率的选取对器件有何影响？。
3.简单叙述一下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤？4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤？5.以p阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些不足？6.以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点？并请提出改进方法。
7. 请画出NPN晶体管的版图，并且标注各层掺杂区域类型。
8.请画出CMOS反相器的版图，并标注各层掺杂类型和输入输出端子。
第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应1.简述集成双极晶体管的有源寄生效应在其各工作区能否忽略？。
2.什么是集成双极晶体管的无源寄生效应？3. 什么是MOS晶体管的有源寄生效应？4. 什么是MOS晶体管的闩锁效应，其对晶体管有什么影响?5. 消除“Latch-up”效应的方法？6.如何解决MOS器件的场区寄生MOSFET效应？7. 如何解决MOS器件中的寄生双极晶体管效应？第3章集成电路中的无源元件1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些？2.集成电路中常用的电容有哪些。
3. 为什么基区薄层电阻需要修正。
4. 为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。
5. 运用基区扩散电阻，设计一个方块电阻200欧，阻值为1K的电阻，已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。
第4章TTL电路1.名词解释电压传输特性开门/关门电平逻辑摆幅过渡区宽度输入短路电流输入漏电流静态功耗瞬态延迟时间瞬态存储时间瞬态上升时间瞬态下降时间瞬时导通时间2. 分析四管标准TTL与非门（稳态时）各管的工作状态？3. 在四管标准与非门中，那个管子会对瞬态特性影响最大，并分析原因以及带来那些困难。
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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小规模集成电路 (Small Scale IC，SSI) 中规模集成电路 (Medium Scale IC，MSI) 大规模集成电路 (Large Scale IC，LSI) 超大规模集成电路 (Very Large Scale IC，VLSI) 特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC，GSI）
薄膜 集成电路
由金属和金属合金薄膜 以及半导体薄膜制成元 器件，布线连接构成的 集成电路
半导体 集成电路
半导体单晶为基片，将 构成电路的各元器件制 作于同一基片上，布线 连接构成的集成电路
混合 集成电路
由半导体集成电路，膜 集成电路和分离元件中 至少两种构成的集成电路
30～100 100～300
＞ 300
29
集成电路的分类-2
按导电载流子类型分类（实现工艺）
电流I
参与导电的载流子 既有空穴又有电子，
称为双极型
Bi-CMOS
Bipolar Junction Transistor
BJT型
电流I
参与导电的载流 子只有空穴或电 子，称为单极型
MOS Transistor
上海科学技术出版社
2. 《集成电路导论》 维克托·H ·格林尼许 编，徐俊荣等
译，原子能出版社
3. 《半导体逻辑集成电路》 杨崇志、康博南编，吉林大
学出版社
4. 《半导体集成电路》 余宁梅、杨媛、潘银松编，科学
出版社
2020/1/20
4
课程地位与知识应用领域
集成电路原理与制造工艺
微电子工 半导体物理 艺基础
半导体器件 电子线路
固体物理 量子力学
2020/1/20
模拟电 数字电 子技术 子技术
5
提纲
一.集成电路的概念 二.集成电路的发展历史及其作用 三.集成电路面临的主要问题 四.我国集成电路产业现状
2020/1/20
6
提纲--1
一.集成电路的概念
1.什么是集成电路？ 2.相关基本概念 3.集成电路的分类
2020/1/20
它是不是集成电路？
该电路没有将所有 它不是集
器件和元件制作在 成电路！
同一半导体基片内。
11
★判断左图和右图中红色框内的电路是否 为集成电路？
左图的电路不是 集成电路。
2020/1/20
右图红色框内的电 路是集成电路。
12
13 2020/1/20
14
15
裸 片 “衣服” 封装
2020/1/20
16
生活中的集成电路
1、手机
2020/1/20
17
iPhone 主板内的集成电路
2020/1/20
18
生活中的集成电路
2、笔记本电脑
2020/1/20
19
CPU芯片 intel 酷睿i7
2020/1/20 20
生活中的集成电路
3、鼠标
2020/1/20
21
日常生活中的集成电路
6英寸、8英寸、12英寸
2020/1/20
24
集成度、规模：每块芯片包含的晶体管
数目或等效逻辑门(2输入的NAND)的数量1个2 输入的NAND=4个晶体管
25 2020/1/20
特征尺寸 掌握 • 集成电路器件中最细线条的宽度，对MOS器件常指栅极所
决定的沟道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸。
MOS型
2020/1/20
30
集成电路的分类-3
按电路处理信号方式分类
1
0
输入与输出量均为二 进制的数字，不是高 电平，就是低电平， 在数字电路中表现为
“0”，“1”。
数模混合 集成电路
输入与输出量为连续变 化的模拟量
数字集成电路
模拟集成电路
2020/1/20
31
集成电路的分类-4
按实现方法分类
电子版教材与多媒体课件放在邮箱中 邮箱：ourcust@ 邮箱密码： ourcust
考核方式：闭卷考试 成 绩：考试 80% 平时+作业 20%
2020/1/20
3
学 时：理论课 48学时 必修
参考书目：
前三本书的电子版，将放在 邮箱中，供大家下载学习。
1. 《半导体集成电路 》 张廷庆、张开华、朱兆宗编，
• 反映了集成电路版图图形的精细程度，特征尺寸的减少主
要取决于光刻技术的改进（光刻最小特征尺寸与曝光所用载流子类型分类 按电路处理信号方式分类 按实现方法分类 按电路功能分类 按设计方法分类
2020/1/20
27
集成电路的分类-1
无处不在，彻底渗入并改变了人类生活！
2020/1/20
22
2020/1/20 23
相关基本概念
形状：一般为正方形或矩形
面积: 几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起
功耗增大、封装困难、成品率下降，成本提高，可通过
增大硅圆片直径来弥补。
晶圆尺寸
芯片尺寸
(Wafer Size)
(Die Size)
几平方毫米到几百平方毫米
2020/1/20
7
什么是集成电路？
先看一个例子
电容 电阻 二极管 三极管
2020/1/20
它是不是集成电路？
8
将电子元器件按照一定的要 求连接起来,完成一定的功能
2020/1/20
将所有元件、有源器件和互连 线做在同一个基片（一般为半 导体晶体材料）内部、表面或
基片之上，组成微型化电路
9
Integrated Circuit，缩写 IC
2020/1/20
28
划分集成电路规模的标准
类别
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
数字集成电路
MOS IC ＜102
102～103 103～105 105～107 107～109
双极 IC ＜100 100～500 500～2000 ＞ 2000
＞109
2020/1/20
模拟集成电路 ＜ 30
集成电路 原理与制
造工艺
学校：长春理工大学 专业：电子材料与元器件 教师：赵 建 勋
2020/1/20
1
绪论
集成电路的基本概念
过去、现状、发展及其作用
国内相关产业 的发展现状
课程教材
2020/1/20
集成电路面临的 主要问题
考核方法
2
教 材：半导体集成电路 第2版
朱正涌 张海洋 朱元红 编 清华大学出版社
– 通过一系列特定的加工工艺， 将晶体管、二极管等有源器 件和电阻、电容等无源器件，
掌 按照一定的电路互连，“集 握 成”在一块半导体单晶片
（如硅或砷化镓）上，封装 在一个外壳内，执行特定电 路或系统功能
集成电路—微电子技术的核心
2020/1/20
10
它是集成电路吗？
电容 电阻 二极管 三极管