集成电路ic工厂建设的设计核心_集成电路现状

早期历史
真空管：二极管（1904，弗莱明）和三极管（1906，Lee de Forest）

晶体管：双极（1947年，Bardeen-Shockley-Brattain，贝尔实验室）和场效应（1926年，Lilenfeild；20世纪60年代-生产）

-第一个IC（1958年，基尔比，德州仪器）->TI #502是第一个商业IC（1960年，德州仪器）

-第一个平面硅IC（1961年，Noyce，Fairchild Semiconductor）

-数字单片CMOS IC（1963年，F. Wanlass，Fairchild Semiconductor）

集成电路的演变

由于功率耗散的限制，2000年以后IC发展缓慢。

摩尔定律（1965年）：将可在芯片上制造的晶体管数量绘制成半对数比例的直线；晶体管数量大约每18个月增加一倍。

IC的分类

模拟集成电路和数字集成电路的对比：
模拟：放大器、接收器、发生器、传感器等
数字：通用逻辑、处理器、DSP、FPGA 等
混合信号：ADC、DAC、传感器

单片与混合IC

技术和门的数量

单片集成电路的制造




光刻

光学接近校正（OPC）– 使光罩变形以获得芯片上的良好结构。

步进器 – 类似于幻灯机的步进和重复机器，用于执行光刻工艺

热氧化
干法氧化：最佳质量氧化物、高密度，无针孔，生长率非常慢Si + O2 → SiO2。

湿法氧化：氧化层质量差，密度低，生长速度快，使用蒸气代替气体 Si + 2H2O → SiO2 +H2

反应发生在 Si 和 SiO2 的边界处
晶片表面的一些 Si 将参与反应
高恒温 (950-1150 °C)

蚀刻
湿化学蚀刻：各向同性
底切轮廓，增加使用的不动产(real estate)，失去尺寸控制

等离子蚀刻：各向异性或定向
垂直侧壁

物理和化学气相薄膜沉积（PVD 和 CVD）

前驱物溶液 雾化器 载气 前驱物蒸发 衬底 加热器

离子注入

分离磁铁 衬底

主要加工步骤
硅晶圆制作

• 锭从种子晶体开始在坩埚中生长。 硅锭被切割成薄片并抛光以形成 Si 晶片。

光刻 – 使用掩模将图案转移到晶圆上，以选择性地将区域暴露在 UV 光下，同时保护或暴露晶圆上的区域。

光致抗蚀剂 – 通常不溶的材料，当暴露于紫外线时变得可溶。 可以用酸去除可溶性区域以暴露下面的区域。

氧化物生长 – 使用湿法或干法工艺直接在硅晶片上生长 SiO2。 生长消耗了部分晶圆。

蚀刻 – 使用湿法（化学）或干法（等离子）工艺去除材料（Si、SiO2、多晶硅、金属）的工艺。

沉积 – 使用 CVD/PVDlon 注入添加材料（SiO2、氮化物、多晶硅、金属）的工艺 – 添加杂质或掺杂的工艺 (ni → NA, No)

产量、面积和成本

那么，为什么我们需要增加晶圆直径并减小芯片面积呢？

i) 芯片成本——增加晶圆直径或减小芯片面积
ii) 良率：芯片面积减少 -> 良率增加 -> 芯片成本降低！

加粗样式

Packaging

CMOS inverter – topology

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