半導(dǎo)體集成電路

半導(dǎo)體集成電路2009年朱正涌所著的書籍01質(zhì)量保障措施分類制造工藝發(fā)展趨勢(shì)目錄030204基本信息半導(dǎo)體集成電路（英文名：semiconductorintegratedcircuit），是指在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上至少有一個(gè)電路塊的半導(dǎo)體集成電路裝置。半導(dǎo)體集成電路是將晶體管，二極管等等有源元件和電阻器，電容器等無(wú)源元件，按照一定的電路互聯(lián)，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片上，從而完成特定的電路或者系統(tǒng)功能。在所述半導(dǎo)體襯底上有：設(shè)置在所述電路塊邊緣的多個(gè)焊盤和從所述電路塊延伸至所述焊盤之間的多條布線；所述多個(gè)焊盤跟半導(dǎo)體集成電路裝置的外部引線連接，且所述多條布線是在所述半導(dǎo)體襯底的主面上設(shè)有另一電路塊時(shí)，用以跟來(lái)自該另一電路塊的布線連接的布線，做成具有能夠與來(lái)自該另一電路塊的布線連接的形狀。半導(dǎo)體集成電路是電子產(chǎn)品的核心器件，其產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展情況直接關(guān)系著電力工業(yè)的發(fā)展水平。就總體情況來(lái)看，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步在一定程度上推動(dòng)了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，包括光伏產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)以及平板顯示產(chǎn)業(yè)等多種，促進(jìn)了半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的完善，并在一定程度上優(yōu)化了生態(tài)環(huán)境。因此加強(qiáng)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研究和探索，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。質(zhì)量保障措施設(shè)計(jì)保障工藝保障質(zhì)量保障措施工藝保障半導(dǎo)體集成電路1)原材料控制。包括對(duì)掩膜版、化學(xué)試劑、光刻膠、特別對(duì)硅材料等原材料的控制?？刂撇还獠捎脗鹘y(tǒng)的單一檢驗(yàn)方式，還可對(duì)關(guān)鍵原材料采用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(statisticalprocesscontrol，SPC)技術(shù)，確保原材料的質(zhì)量水平高，質(zhì)量一致性好。2)加工設(shè)備的控制。除采用先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行工藝加工外，還應(yīng)做好對(duì)設(shè)備日常維護(hù)、預(yù)防性維修等工作，同時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，必要時(shí)建立設(shè)備參數(shù)的SPC控制模型進(jìn)行分析控制等。3)工藝加工過(guò)程的控制。包括對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行SPC控制、工序能力分析、6σ設(shè)計(jì)等，同時(shí)對(duì)工藝加工關(guān)鍵環(huán)節(jié)建立工藝檢驗(yàn)手段，如對(duì)氧化層的針孔和裂紋的檢驗(yàn)、對(duì)可動(dòng)金屬離子的檢驗(yàn)、對(duì)金屬層穩(wěn)定性的檢驗(yàn)等。此外，工藝方面的保障還應(yīng)包括對(duì)操作人員的培訓(xùn)和考核、對(duì)環(huán)境潔凈度的控制和建立先進(jìn)的生產(chǎn)質(zhì)量管理信息系統(tǒng)等方面。設(shè)計(jì)保障1)常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。包括冗余設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、靈敏度分析、中心值優(yōu)化設(shè)計(jì)等。2)針對(duì)主要失效模式的器件設(shè)計(jì)技術(shù)。包括針對(duì)熱載流子效應(yīng)、閂鎖效應(yīng)等主要失效模式，合理設(shè)計(jì)器件結(jié)構(gòu)、幾何尺寸參數(shù)和物理參數(shù)。3)針對(duì)主要失效模式的工藝設(shè)計(jì)保障。包括采用新的工藝技術(shù)，調(diào)整工藝參數(shù)，以提高半導(dǎo)體集成電路芯片的可靠性。4)半導(dǎo)體集成電路芯片可靠性計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。在電路設(shè)計(jì)的同時(shí)，以電路結(jié)構(gòu)、版圖布局布線以及可靠性特征參數(shù)為輸入，對(duì)電路的可靠性進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析。根據(jù)分析結(jié)果，可預(yù)計(jì)電路的可靠性水平，確定可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)采用的設(shè)計(jì)規(guī)則，發(fā)現(xiàn)電路和版圖設(shè)計(jì)方案中的可靠性薄弱環(huán)節(jié)。

制造工藝制造工藝集成電路在大約5mm×5mm大小的硅片上，已集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的核心部分，包含有一萬(wàn)多個(gè)元件。集成電路典型制造過(guò)程見圖1。從圖1,可以看到，已在硅片上同時(shí)制造完成了一個(gè)N+PN晶體管,一個(gè)由P型擴(kuò)散區(qū)構(gòu)成的電阻和一個(gè)由N+P結(jié)電容構(gòu)成的電容器,并用金屬鋁條將它們連在一起。實(shí)際上,在一個(gè)常用的直徑為75mm的硅片上（已發(fā)展到φ=125mm～150mm）將有3000000個(gè)這樣的元件，組成幾百個(gè)電路、子系統(tǒng)或系統(tǒng)。通過(guò)氧化、光刻、擴(kuò)散或離子注入、化學(xué)氣相淀積蒸發(fā)或?yàn)R射等一系列工藝，一層一層地將整個(gè)電路的全部元件、它們的隔離以及金屬互連圖形同時(shí)制造在一個(gè)單晶片上，形成一個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)。而一次又可以同時(shí)加工幾十片甚至上百片這樣的硅片，所以一批可以得到成千上萬(wàn)個(gè)這樣的電路。這樣高的效率，正是集成電路能迅速發(fā)展的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因。這個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)可以有各種不同的電路功能和系統(tǒng)功能，視各層的拓?fù)鋱D形和工藝規(guī)范而定。在一定的工藝規(guī)范條件下，主要由各層拓?fù)鋱D形控制，而各層的拓?fù)鋱D形又由各次光刻掩膜版所決定。所以光刻掩膜版的設(shè)計(jì)是制造集成電路的一個(gè)關(guān)鍵。它從系統(tǒng)或電路的功能要求出發(fā)，按實(shí)際可能的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由計(jì)算機(jī)輔助來(lái)完成設(shè)計(jì)和掩膜版的制造。在芯片制造完成后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，然后將硅片上的芯片一個(gè)個(gè)劃下來(lái)，將性能滿足要求的芯片封裝在管殼上，即構(gòu)成完整的集成電路。分類分類半導(dǎo)體集成電路集成電路如果以構(gòu)成它的電路基礎(chǔ)的晶體管來(lái)區(qū)分，有雙極型集成電路和MOS集成電路兩類。前者以雙極結(jié)型平面晶體管為主要器件（如圖2），后者以MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管為基礎(chǔ)。圖3表示了典型的硅柵N溝道MOS集成電路的制造工藝過(guò)程。一般說(shuō)來(lái)，雙極型集成電路優(yōu)點(diǎn)是速度比較快，缺點(diǎn)是集成度較低,功耗較大；而MOS集成電路則由于MOS器件的自身隔離，工藝較簡(jiǎn)單，集成度較高,功耗較低，缺點(diǎn)是速度較慢。近來(lái)在發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，克服自身缺點(diǎn)的發(fā)展中，已出現(xiàn)了各種新的器件和電路結(jié)構(gòu)。集成電路按電路功能分，可以有以門電路為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)邏輯電路和以放大器為基礎(chǔ)的線性電路。后者由于半導(dǎo)體襯底和工作元件之間存在著有害的相互作用，發(fā)展較前者慢。同時(shí)應(yīng)用于微波的微波集成電路和從Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體激光器和光纖維導(dǎo)管為基礎(chǔ)的光集成電路也正在發(fā)展之中。半導(dǎo)體集成電路除以硅為基礎(chǔ)的材料外，砷化鎵也是重要的材料，以它為基礎(chǔ)材料制成的集成電路，其工作速度可比硅集成電路高一個(gè)數(shù)量級(jí)，有著廣闊的發(fā)展前景。從整個(gè)集成電路范疇講，除半導(dǎo)體集成電路外，還有厚膜電路與薄膜電路。①厚膜電路。以陶瓷為基片，用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等工藝手段制備無(wú)源元件和互連導(dǎo)線，然后與晶體管、二極管和集成電路芯片以及分立電容等元件混合組裝而成。發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)就lC產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)看，lC集成度增長(zhǎng)速度的降低，并不會(huì)導(dǎo)致微電子行業(yè)的停滯不前，IC產(chǎn)業(yè)可以在產(chǎn)品的多樣性方面以及產(chǎn)品性能方面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展。隨著IC產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，IC產(chǎn)品能夠更加滿足市場(chǎng)的實(shí)際需求，IC產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合行業(yè)客戶的實(shí)際需求來(lái)對(duì)IC產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，進(jìn)而推出多樣性的IC產(chǎn)品，并確保其功能得到一定程度的優(yōu)化。與此同時(shí)；IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中可以致力于降低現(xiàn)有工藝設(shè)備的制造成本，從而促進(jìn)IC產(chǎn)業(yè)的平衡穩(wěn)定發(fā)展。從另一角度來(lái)看，IC集成度增長(zhǎng)速度的降低，促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件開發(fā)人員有更多的時(shí)問(wèn)和精力去研究IC產(chǎn)品，完善IC產(chǎn)品