集成電路教學(xué)

1、課程教學(xué)集成電路集成電路集成電路簡(jiǎn)介集成電路簡(jiǎn)介m集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母IC表示。m是20世紀(jì)50年代后期一60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過(guò)氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元

2、件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)，主要體現(xiàn)在加工設(shè)備，加工工藝，封裝測(cè)試，批量生產(chǎn)及設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力上?；緝?nèi)容基本內(nèi)容m集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁

3、進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克基爾比（基于硅的集成電路）和羅伯特諾伊思（基于鍺的集成電路）。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。m集成電路具有體積小、重量輕、引出線和焊接點(diǎn)少、壽命長(zhǎng)、可靠性高、性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)成本低，便于大規(guī)模成產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如電視機(jī)計(jì)算機(jī)等方面得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在軍事通信等方面也得到廣泛應(yīng)用。發(fā)展發(fā)展m總體來(lái)看，IC設(shè)計(jì)業(yè)與芯片制造業(yè)所占比重呈逐年上升的趨勢(shì)，2010年已分別達(dá)到25.3%和31%;封裝測(cè)試業(yè)所占比重則相應(yīng)下降，2010年為43.7%，但其所占比重依然是最大的。m據(jù)中國(guó)集成電路封裝行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資

4、戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告前瞻顯示，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長(zhǎng)的同時(shí)，IC 設(shè)計(jì)、芯片制造和封裝測(cè)試三業(yè)的格局也正不斷優(yōu)化。2010年，國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)業(yè)同比增速達(dá)到34.8%，規(guī)模達(dá)到363.85億元;芯片制造業(yè)增速也達(dá)到31.1%，規(guī)模達(dá)到447.12億元;封裝測(cè)試業(yè)增速相對(duì)稍緩，同比增幅為26.3%，規(guī)模為629.18億元。m目前，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)集群已初步形成集聚長(zhǎng)三角、環(huán)渤海和珠三角三大區(qū)域的總體產(chǎn)業(yè)空間格局，2010年三大區(qū)域集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入占全國(guó)整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模的近95%。集成電路產(chǎn)業(yè)基本分布在省會(huì)城市和沿海的計(jì)劃單列市，并呈現(xiàn)“一軸一帶”的分布特征，即東起上海、西至成都的沿江發(fā)展軸以及北起大連、南至

5、深圳的沿海產(chǎn)業(yè)帶，形成了北京、上海、深圳、無(wú)錫、蘇州和杭州六大重點(diǎn)城市。m去年年初，國(guó)務(wù)院發(fā)布了國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知，從財(cái)稅、投融資、研發(fā)、進(jìn)出口、人才、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等方面給予集成電路產(chǎn)業(yè)諸多優(yōu)惠，政策覆蓋范圍從設(shè)計(jì)企業(yè)與生產(chǎn)企業(yè)延伸至封裝、測(cè)試、設(shè)備、材料等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策環(huán)境進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。前瞻網(wǎng)中國(guó)集成電路行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告表示，根據(jù)國(guó)家規(guī)劃，到2015年國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模將在2010年的基礎(chǔ)上再翻一番，銷售收入超過(guò)3000億元，滿足國(guó)內(nèi)30%的市場(chǎng)需求。芯片設(shè)計(jì)能力大幅提升，開(kāi)發(fā)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心芯片，而

6、封裝測(cè)試業(yè)進(jìn)入國(guó)際主流領(lǐng)域。“十二五”期間，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)將步入一個(gè)新的黃金發(fā)展期。MOS類型類型m按晶體管的溝道導(dǎo)電類型，可分為P溝MOSIC、N溝MOSIC以及將P溝和N溝MOS晶體管結(jié)合成一個(gè)電路單元的互補(bǔ)MOSIC，分別稱為PMOS 、NMOS和CMOS集成電路。隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS集成電路已成為集成電路的主流，工藝也日趨完善和復(fù)雜 ，由P阱或N阱CMOS發(fā)展到雙阱CMOS工藝。80年代又出現(xiàn)了集雙極型電路和互補(bǔ)金 屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)電路優(yōu)點(diǎn)的BiCMOS集成電路結(jié)構(gòu)。按柵極材料可分為鉛柵、硅柵、硅化物柵和難熔金屬(如鉬、鎢)柵等MOSIC，柵極尺寸已由微米進(jìn)入亞

7、微米(0.51微米)和強(qiáng)亞微米(0.5微米以下)量級(jí) 。此外，還發(fā)展了不同的MOS集成電路結(jié)構(gòu)的MOSIC:如浮柵雪崩注入MOS(FAMOS)結(jié)構(gòu)，用于可擦寫(xiě)只讀存貯器;擴(kuò)散自對(duì)準(zhǔn)MOS(DMOS)結(jié)構(gòu)和V型槽MOS結(jié)構(gòu)等，可滿足高速、高電壓要求。近年來(lái)發(fā)展了以藍(lán)寶石為絕緣襯底的CMOS結(jié)構(gòu)，具有抗輻照、功耗低和速度快等優(yōu)點(diǎn)。MOSIC廣泛用于計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)電儀器、家電自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，可使整機(jī)體積縮小、工作速度快、功能復(fù)雜、可靠性高、功耗低和成本便宜等。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)m制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，隔離方便。m電路尺寸小、功耗低適于高密度集成。mMOS管為雙向器件，設(shè)計(jì)靈活性高。m具有動(dòng)態(tài)工作獨(dú)特的能力。

8、m溫度特性好。其缺點(diǎn)是速度較低、驅(qū)動(dòng)能力較弱。一般認(rèn)為MOS集成電路功耗低、集成度高，宜用作數(shù)字集成電路;雙極型集成電路則適用作高速數(shù)字和模擬電路。生產(chǎn)條件生產(chǎn)條件m除了集成電路技術(shù)本身之外，半導(dǎo)體車間對(duì)我國(guó)集成電路生產(chǎn)基礎(chǔ)條件的發(fā)展也起了重要的推動(dòng)作用。為了滿足大規(guī)模集成電路生產(chǎn)對(duì)于設(shè)備的高精度和自動(dòng)化要求，有很多關(guān)鍵設(shè)備都是自制的，例如高精度初縮機(jī)、擴(kuò)散爐和三氯乙烯氧化系統(tǒng)、高速勻膠機(jī)、等離子刻蝕機(jī)等。有些設(shè)備是由半導(dǎo)體車間提出性能要求并進(jìn)行試用改進(jìn)，與其它單位協(xié)作生產(chǎn)，例如高精度分步重復(fù)精縮機(jī)就是與我校無(wú)線電系、精儀系協(xié)作定型生產(chǎn)的，這一精縮機(jī)成了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)集成電路廠普遍采用的設(shè)備。m為了

9、滿足大規(guī)模集成電路制造對(duì)減少灰塵沾污的要求，半導(dǎo)體車間自己設(shè)計(jì)、自己采購(gòu)材料、聯(lián)系施工，對(duì)原來(lái)的800平方米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了凈化改造，于1975年建成了350平方米、凈化級(jí)別達(dá)到1000級(jí)和10000級(jí)的超凈車間。這是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)集成電路生產(chǎn)用的第一個(gè)超凈車間，它滿足了大規(guī)模集成電路研制的需要，一直使用到1993年。MOS集成電路工藝集成電路工藝m硅集成電路制造技術(shù)中的基礎(chǔ)工藝，內(nèi)容包括硅襯底與清洗、氧化、擴(kuò)散、離子注入、外延、化學(xué)氣相淀積、光刻與腐蝕/N，蝕、金屬化與多層布線、表面鈍化以及工藝集成制造技術(shù)。前面l-10章，一方面介紹了各種工藝，建立了工藝規(guī)范并確定了其規(guī)范號(hào);另一方面確定了工藝制程中的各種工序。集成電路工藝制程依一定次序的各工序組成，而工序由各工步所構(gòu)成，工步中的各種工藝由其規(guī)范來(lái)確定，工藝規(guī)范由其規(guī)范號(hào)和工藝序號(hào)(i)得到，最