01 第一章 半导体工业概述.pptx

第1页：半导体工业概述封面

微电子工艺学Microelectronic Processing第一章半导体工业概述

第2页：Silicon VLSI

Silicon VLSI Technology Fundamentals,Practice and Modeling,James D Plummer, Michael D Deal, andPeter B Griffin, Prentice Hall，2000《硅超大规模集成电路工艺技术：理论、实践与模型》课外参考书：1.FundamentalsofSemiconductorFabrication,GaryS.May，MSze，代永平译,人民邮电出版社，2007(中英文版)2.《微电子制造科学原理与工程技术》CampbellS.A.著，曾莹等译,电子工业出版社，2006(中英文版)3.《半导体制造技术》，韩郑生等译，电子工业出版社，2009(中英文版)

第3页：成绩考核&致谢

• 成绩考核&致谢
• 课程考核
• 平时课堂：20％
• 课外阅读：20％
• 期末考试：60％
• 承蒙参考书目、论文为课件提供了理论
• 承蒙许多网站提供了各种资料
• 承蒙其他课件各种提供
• 此课件仅仅用于课程教学，不得用于其他商业用途

第4页：为什么要学习该课程

为什么要学习该课程？

第5页：理由很简单自从1998年以来

理由很简单自从1998年以来，电子工业是世界上规模最大的工业，其全球销售量超过一万亿美元。而半导体器件正是此工业的基础。另外，要更深入地了解电子学的相关课程，拥有半导体器件的最基本的知识是必要的，它也可以使你对现代这个由电子技术发展而来的信息时代有所贡献。

1980－2000年的全球国民生产总值（WGP）及电子、汽车、半导体和钢铁工业的销售量，并外插此曲线到2010年止

第6页：半导体工业的核心是什么？从上图中可以得知

半导体工业的核心是什么？从上图中可以得知

电子工业和半导体工业已经超过传统的钢铁工业、汽车工业，成为21世纪的高附加值、高科技的产业。电子工业的高速发展依赖于半导体工业的快速提高，而在半导体工业中其核心是集成电路（电集成、光集成、光电集成），集成电路在性能、集成度、速度等方面的快速发展是以半导体物理、半导体器件、半导体制造工艺的发展为基础的。核心是：集成电路【Integrated Circuit：IC】通过一系列特定的平面制造工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连关系，“集成”在一块半导体单晶片上，并封装在一个保护外壳内，能执行特定的功能复杂电子系统。半导体器件物理为其提供了基础知识，是半导体工业的发展平台。

第7页：IC的战略地位集成电路的战略地位首先表现

IC的战略地位集成电路的战略地位首先表现在当代国民经济的“食物链”关系。进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的0.5%。

第8页：据美国半导体协会（SIA）预测电子信息服

据美国半导体协会（SIA）预测电子信息服：下表列出相关数据。

据美国半导体协会（SIA）预测电子信息服务业30万亿美元相当于1997年全世界GDP总和电子装备6-8万亿元集成电路产值1万亿美元GDP≈50万亿美元2012年IC的战略地位

第9页：世界GDP增长与世界集成电路产业增长情况

世界GDP增长与世界集成电路产业增长情况比较（资料来源：ICE商业部）IC的战略地位

第10页：两个例子1985-1990年间世界半导体

两个例子1985-1990年间世界半导体商品市场份额日本公司美国公司39%37.9%51.4%50%人均IC产值年增长率人均电子工业年增长率人均GNP年增长率日本>美国日本>美国日本>美国2.2%1.1%0.1%80年代后期-90年代初美国采取了一系列增强微电子技术创新和集成电路产业发展的措施，重新夺回领先地位。

90年代以来美国经济保持持续高速增长主要得益于信息产业的发展，而其基础是集成电路产业与技术创新。

第11页：90年代日本经济萧条的同时

90年代日本经济萧条的同时，集成电路市场份额严重下降。市场变化—日本市场缩减—市场份额两个例子

第12页：中国台湾地区60年代后期人均GDP—20

中国台湾地区60年代后期人均GDP—20：下表列出相关数据。

中国台湾地区60年代后期人均GDP—200-300美元（1967年为267美元）70-80年代大力发展集成电路产业90年代IT业高速发展97年人均GDP=13559美元两个例子

第13页：中国IT企业与Intel公司利润的比较同

中国IT企业与Intel公司利润的比较同样，TI公司的技术创新，数字信号处理器（DSP）使它的利润率比诺基亚高出10个百分点。两个例子

第14页：几乎所有的传统产业与微电子技术结合

• 几乎所有的传统产业与微电子技术结合，用集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春；
• 全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上，相当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年)；
• 固体照明工程，对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%，所节
• 省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量(139亿度/年)。微电子对传统产业的渗透与带动作用两个例子

第15页：对国家安全与国防建设的作用

• 对国家安全与国防建设的作用
• 在农业社会：大刀长矛等冷兵器；
• 在工业化社会：枪、炮等热兵器
• 信息化社会：IC成为武器的一个组成元，电子战、信息战。

第16页：对信息社会的重要性

• 对信息社会的重要性
• Internet基础设施
• ☆各种各样的网络：电缆、光纤(光电子)、无线...
• 路由和交换技术：路由器、交换机、防火墙、网关...
• 终端设备：PC、NetPC、WebTV ...
• 网络基础软件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE ...
• Internet服务
• 信息服务:极其大量的各种信息
• 交易服务:高可靠、高保密...
• 计算服务: “网络

第17页：微电子产业的战略重要性2020年世界最大

微电子产业的战略重要性2020年世界最大：下表列出相关数据。

微电子产业的战略重要性2020年世界最大的30个市场领域：其中与微电子相关的22个市场：5万亿美元（Nikkei Business 1999）是否回答你的疑问？

第18页：半导体材料

• 半导体材料
• 从狭义上来讲：微电子工业中的半导体材料主要是指：锗（Ge）、硅（Si）、砷化镓（GaAs）。
• 从广义上来讲：半导体材料还包括各种氧化物半导体，有机半导体等。

第19页：常用半导体材料比较描述禁带宽度材料最早用

• 常用半导体材料比较描述禁带宽度材料最早用于半导体器件制造的材料之一，1947年发明的第一个晶体管就是用锗制造。0.66 eV锗（Ge）1.目前最主要的半导体材料；
• 2.容易形成高质量的氧化层；
• 3.禁带宽度比锗大，工作温度高；
• 4.价格便宜，低成本。1.12 eV硅（Si）1.电子迁移率高，主要用于高速器件；
• 2.热稳定性低，缺陷高，低本征氧化度。1.42 eV砷化镓（GaAs）

第20页：器件的基础结构人类研究半导体器件已经超过

器件的基础结构人类研究半导体器件已经超过135年，迄今大约有60种主要的器件以及100种和主要器件相关的变异器件。但所有这些器件均可由几种基本器件结构所组成。金属-半导体用来做整流接触，欧姆接触；

利用整流接触当作栅极、利用欧姆接触作漏极(drain)和源极(source)。p-n结是半导体器件的关键基础结构，其理论是半导体器件物理的基础。可以形成p-n-p双极型晶体管，形成p-n-p-n结构的可控硅器件。

第21页：异质结是快速器件和光电器件的关键构成要素

异质结是快速器件和光电器件的关键构成要素。用MOS结构当作栅极，再用两个p-n结分别当作漏极和源极，就可以制作出MOFET。

第22页：晶体管的发明

晶体管的发明：下表列出相关数据。

• 晶体管的发明
• 1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组, W. Schokley，J.Bardeen、W. H. Brattain。
• Bardeen提出了表面态理论，Schokley给出了实现放大器的基本设想，Brattain设计了实验。
• 1947年12月23日，第一次观测到了具有放大作用的晶体管。

第23页：集成电路的发明

• 集成电路的发明
• 1952年5月，英国科学家G. W. A. Dummer第一次提出了集成电路的设想。
• 1958年以（德州仪器公司）TI的科学家基尔比(Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世界上第一块集成电路，并于1959年公布了该结果。
• Intle公司德诺宜斯（Robert Noyce）同时间发明了IC的单晶制造概念。Robert Noyce(Intel)Clair Kilby (TI)

第24页：其他重要里程碑

• 其他重要里程碑
• 布朗(Braun)在1874年发现金属和金属硫化物(如铜铁矿，copperpyrite)接触的阻值和外加电压的大小及方向有关。
• 在1907年，朗德(Round)发现了电致发光效应(即发光二极管，1ight-emitting diode，LED)，观察到当在碳化硅晶体两端外加10V的电压时，晶体会发出淡黄色的光。
• 1952年伊伯斯(Ebers)为复杂的开关器件—可控硅器件(thyristor)提出了一个基本的模型。
• 以硅p—n结制成的太阳能电池(solar cell)则在1954年被阕平(Chapin)等人发明。太阳能电池是目前获得太阳能最主要的技术之一，它可以将太阳光直接转换成电能。
• 1957年，克罗马(Kroemer)提出了用异质结双极型晶体管(heterjunction bipolar transistor，HBT)来改善晶体管的特性，这种器件有可能成为更快的半导体器件。

第25页：1958年江崎(Esaki)则观察到重掺

• 1958年江崎(Esaki)则观察到重掺杂(heavily doped)的p-n结具有负电阻的特性，此发现促成了隧道二极管(tunnel diode，或穿透二极管)的问世．隧道二极管以及所谓的隧穿现象(tunneling phenomenon，或穿透现象)对薄膜间的欧姆接触或载流子穿透理论有很大贡献。
• 1960年由姜(Kahng)及亚特拉(Atalla)发明的MOSFET，是先进集成电路最重要的器件。
• 1962年霍尔(HalI)等人第一次用半导体做出了激光(1aser)。
• 1963年克罗马(Kroemer)、阿法罗(Alferov)和卡查雷挪(Kazarinov)发表了异质结构激光(heterostructure laser)，奠定了现代激光二极管的基础，使激光可以在室温下连续工作。其他重要里程碑

第26页：1963年冈(Gunn)提出的转移电子二

• 1963年冈(Gunn)提出的转移电子二极管(transferred-electron diode，TED)，又称为冈二极管(Gunn diode)，被广泛应用到侦测系统、远程控制和微波测试仪器。
• 姜士敦(Johnston)等人发明的碰撞电离雪崩渡越时间二极管（IMPATT diode）,是目前可以在毫米波频率下产生最高连续波（continuous wave ,CW）功率器件。
• 1966年由密德（Mead）发明金半场效应晶体管（MESFET），并成为单片微波集成电路monolitl icmicrowave integrate circuit ,MMIC）的关键器件。三种重要的微波器件相继被发明制造出来：其他重要里程碑

第27页：1967年姜(Kahng)和施敏发明了一

• 1967年姜(Kahng)和施敏发明了一种非挥发性半导体存储器(nonvolatile semiconductor memory，NVSM)，可以在电源关掉以后，仍然保持其储存的信息。成为应用于便携式电子系统如手机、笔记本电脑、数码相机和智能卡方面最主要的存储器。
• 1970年波意尔(Boyle)和史密斯(Smith)发明电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)它被大量地用于手提式摄像机(vide camera)和光检测系统上。
• 1974年张立纲等明了共振式隧道二极管(resonant tunneling diode，RTD)，它是大部分量子效应(quantum-effect)器件的基础．量子效应器件因为可以在特定电路功能下，大量地减少器件数量，所以具有超高密集度、超高速及更强的功能．
• 1980年，Minura等人发明了调制掺杂场效应晶体管(modulation-doped field-effect transistor，MODFET)，如果选择适当的异质结材料，这将会是更快速的场效应晶体管。其他重要里程碑

第28页：主要半导体器件列表作者/发明者半导体器件

主要半导体器件列表作者/发明者半导体器件公元Braun金属－半导体接触1874Round发光二极管（LED）1970Bardeen、Brattain及Shochley双极型晶体管（BJT）1947Shockleyp-n结1949Ebers可控硅器件（thyristor）1952Chapin、Fuller及Pearson太阳能电池1954Kroemer异质结双极型晶体管(HBT)1957Esaki隧道二极管（tunnel diode）1958Kahng及Atalla金氧半场效应晶体管(MOSFET)1960Hall

？？

第29页：计算机发展历史第一台计算机1832The

计算机发展历史第一台计算机1832The：下表列出相关数据。

计算机发展历史第一台计算机1832The Babbage Difference Engine25,000个元件费用：7,470$

第30页：ENIAC-第一台电子计算机

ENIAC-第一台电子计算机(1946)计算机发展历史

第31页：Intel 4004

Intel 4004：下表列出相关数据。

Intel 4004 Micro-Processor19711000 transistors1 MHz operation计算机发展历史

第32页：Intel Pentium (IV)

Intel Pentium (IV) microprocessor体系架构：90纳米制程二级高速缓存：2MB三级高速缓存：无主频速率：3.73 GHz时钟速度：3.73 GHz前端总线：1066 MHz计算机发展历史

第33页：AMD的双核心Opteron处理器计算机

AMD的双核心Opteron处理器计算机发展历史

第34页：国产处理器－中国大陆龙芯一号

国产处理器－中国大陆龙芯一号（神州龙芯公司）基于0.18微米CMOS工，32位微处理器。支持最新版本的Linux、VxWork，Windows CE等操作系统。可广泛应用于工业控制、信息家电、通讯、网络设备、PDA、网络终端、存储服务器、安全服务器等产品上。

第35页：方舟科技的CPU北大众志的CPU6国产处

方舟科技的CPU北大众志的CPU6国产处理器－中国大陆

第36页：中国台湾VIA C3处理器Rise

中国台湾VIA C3处理器Rise Technology Rise mP6

第37页：其他优秀处理器

• 其他优秀处理器
• 嵌入式CPU是指应用于各种信息设备里的CPU，一般功能不太强、主要是以低价格、低功耗为特征，著名的有ARM、MIPS等公司的CPU。
• 高性能CPU是指应用于服务器和超级计算机中的高性能CPU，例如Alpha、UltraSparc、PowerPC等等。IBM PowerPC 604SUN 0.13μm UltraSPARC IV内核

第38页：半导体器件物理研究的层次电子设计的抽象层

半导体器件物理研究的层次电子设计的抽象层次结构图器件是半导体器件物理的研究对象！

第39页：Moore定律和等比例缩小1965

Moore定律和等比例缩小1965, Intel的创始人之一Gordon Moore在他的论文“cramming more componentsonto integrated circuits”里预言：每18个月芯片集成度增加一倍。

☆30年来这个预言基本正确，普遍认为这个定律可以适用到2010年。☆2002年达到每个芯片100,000,000个晶体管。☆2910年达到每个芯片1,000,000,000个晶体管。毫无疑问，在过去的四十年里，摩尔定律成为了科技进步速度的推动力。

然而传统的光刻技术正在日益成为半导体制造工艺的瓶颈，在从0.18微米到0.13微米的工艺转换过程中各大厂商都碰到了很多困难（如现阶段CPU制造过程中晶体管本身存在的漏电问题），而最新的90nm制造工艺也迟迟无法投入量产。

Moore定律再一次面临严峻的挑战，如果没有技术突破，这一领导行业40多年的经验公式将不再有效。不过不用担心，新的工艺、新的器件结构、纳米电子学为半导体工业带来了曙光！

第40页：Moore定律

Moore定律

处理器集成度提高

第41页：Moore定律

Moore定律

存储器集成度的提高

第42页：器件按比例缩小原理在1974年第九期的I

器件按比例缩小原理在1974年第九期的IEEE Journal of Solid-State Circuits期刊上，Dennard提出了器件等比例缩小定律。

基本思想：MOS器件的横向纵向尺寸（沟道长、宽度等横向尺寸和栅层厚度、结深等纵向尺寸）按一定比例K缩小，单位面积上的功耗可保持不变；这时器件所占的面积（因而成本）可随之缩小K2倍，器件性能可提高K3倍。

所以器件越小，同样面积芯片可集成更多、更好的器件，低了器件相对成本。这是摩尔定律的物理基础，也正是这种物理特性，刺激了加速的技术创新。

第43页：最初的器件等三种形式的器件等比例缩小比例

最初的器件等三种形式的器件等比例缩小比例缩小要求电压也减小，这就带来了器件的不稳定性问题，为了解决此问题，提出了修改的器件等比例缩小。器件按比例缩小原理

第44页：半导体工艺技术很多重要的半导体技术其实是

• 半导体工艺技术很多重要的半导体技术其实是由多个以前发明的工艺技术延伸而来的。例如1798年就已经发明了图形曝光工艺，只是当初影像图形是从石片转移过来的。将叙述各种首次被应用到半导体工艺或制作半导体器件而被研发出来的具有里程碑意义的技术。具有里程碑意义的技术
• 1918年柴可拉斯基(Czochralski)发明了一种液态-固态单晶生长的技术（Cz法），至今仍广泛应用于大部分硅晶片晶体的生长。
• 1925年布理吉曼(Bridgman)发明另一种技术，被大量用于砷化镓和一些化合物半导体的晶体生长。
• 1952年魏可(Welker)发现砷化镓和其他的Ⅲ—V族化合物也是半导体材料，相关这些化合物半导体的技术和器件才陆续被深入研究。

第45页：具有里程碑意义的技术

• 具有里程碑意义的技术
• 1855年菲克(Fick)提出了基本扩散理论。对半导体工艺而言，杂质原子(dopant)的扩散(diffusion)是很重要的一种现象。
• 1952年范恩(Pfann)在其专利中提及利用扩散技术来改变硅的电导率的想法。
• 1957年安卓斯(Andrus)把古老的图形曝光技术应用在半导体器件的制作上，利用一些感光而且抗刻蚀的聚合物(即光阻)来做图形的转移。图形曝光技术是半导体工业中的一个关键性的技术，图形曝光的成本就占了35％以上。
• 1957年弗洛区(Frosch)和德利克(Derrick)提出氧化物掩蔽层方式(oxide masking method)，发现氧化层可以阻止大部分杂质的扩散穿透。
• 同年，雪弗塔(Sheftal)等人提出用化学气相淀积(CVD)外延生长技术。是在具有晶格结构的晶体表面上，生长出一层半导体晶体薄膜的技术，这种技术对改善器件特性或制造新颖结构器件而言非常重要。

第46页：1958年肖克莱(Shockley)提出

• 1958年肖克莱(Shockley)提出了离子注入(ion implantation)技术来掺杂半导体，这种技术可以精确地控制掺杂原子的数目。从此扩散和离子注入两种技术可以相辅相成，用来掺杂。
• 1959年科比(Kilby)提出集成电路的雏型。它包含了一个BJT、三个电阻和一个电容，所有的器件都由锗做成，而且由接线相连成一个混合的电路。
• 1959年诺依斯(Noyce)提出一个在单一半导体衬底上做成的集成电路。
• 1960年由荷尼(Hoerni)提出平面(planar)工艺，整个半导体表面先生成一层氧化层，再用图形曝光刻蚀工艺；将部分的氧化层移除，并留下一个窗口(window)，然后将杂质透过窗口掺杂到半导体表面后形成p-n结。
• 1963年由万雷斯(Wanlass)和萨支唐(Sah)提出CMOS的观念，CMOS优点是只有在逻辑状态转换时(如从0到1)才会产生大电流，而在稳定状态时只有极小的电流流过，所以功率耗损可以大幅度减少，对先进集成电路而言，CMOS技术是最主要的技术。具有里程碑意义的技术

第47页：1967年丹纳(Dennard)发明了一

• 1967年丹纳(Dennard)发明了一项由两个器件组成的极重要的电路，即动态随机存储器(DRAM).存储单元器件包含了一个MOSFET和一个储存电荷的电容，其中MOSFET作为使电容充电或放电的开关。应用在非便携式(non-portable)电子系统中的第一选择。
• 1969年柯文(Kerwin)等人提出了多晶硅自对准栅极工艺，这个工艺不但改善了器件的可靠性，还降低了寄生电容。
• 同年，门纳赛维(Manasevit)和辛浦生(simpson)提出金属有机化学气相淀积技术(MOCVD)。对化合物半导体而言，这是二种非常重要的外延技术。
• 1971年尔文(Irving)等人提出，利用CF4-O2的混合气体来到蚀硅晶片。当器件的尺寸变小，为了增加图形转移的可靠度，干法刻蚀(dry etching)技术取代了湿法腐蚀技术。
• 同年，卓以和(Cho)提出了分子束外延(MBE)技术，可以近乎完美地控制原于的排列，所以也可以控制外延层组成和掺杂浓度，这项技术也带来了许多光器件和量子器件的发明。具有里程碑意义的技术

第48页：1971年霍夫(Hoff)等人制造出来第

1971年霍夫(Hoff)等人制造出来第一个微处理器(micro-processor)，将一个简单电脑的中央处理单元(CPU)放在一个芯片上，这就是如图的四位微处理器(Intel 4004)，其芯片大小是3mm×4mm，并且包含了2300个MOSFET.它是由p型沟道多晶硅栅极工艺做成，设计规范是8um。

这是半导体工业上一个重大的突破。具有里程碑意义的技术

第49页：1982年由朗(Rung)等人提出沟槽式

• 1982年由朗(Rung)等人提出沟槽式绝缘技术，用以隔绝CMOS器件。目前这种方法几乎已取代了所有其他的绝缘技术。
• 1989年达阀利(Davari)等人提出了化学机械抛光方法（CMP），以得到各层介电层的全面平坦化(global planarization)，这是多层金属布线的关键技术。
• 1993年帕拉查克（Paraszczak）等人提出在尺寸长度小到100nm时，以铜导线取代铝导线的想法。在亚微米器件中，电致迁移(electromigration)即当强电流通过导线时，使导线的金属离子迁移的情形。铜的抗电致迁移高且电阻率比铝低。器件尺寸等比例缩小后，要求开发新的技术，工业界认为三个关键的技术是：沟槽式隔离（trench isolation）、化学机械抛光(chemical-mechanicalpolishing，CMP)和铜布线具有里程碑意义的技术

第50页：一些关键的半导体技术列表作者/发明者技术

一些关键的半导体技术列表作者/发明者技术：下表列出相关数据。

一些关键的半导体技术列表作者/发明者技术公元Czochralski柴可拉斯基晶体生长1918Brid8man理吉曼晶体生长1925welker皿—v族化合物1952Pfann扩散1952AndrMs图形曝光抗蚀剂1957Frosch及Derrick氧化物掩蔽层1957Sheftal、Kokorlsh及KrasiloV化学气相淀积(CVD)外延晶体生长1957Shockley离子注入1958Kilby混合型集成电路1958Noyce单片集成电路1959Hoerni平面化工艺1960Wanlass及萨支唐互补式金氧半场效应晶体管(CMOS)1963Dennard动态随机存储器(DRAM)1967Kerwin、K1ein及Sarace多晶硅自对准栅极l969Manasevit及Sim9son金属有机化学气相淀积(MOCVD)1969Irving

第51页：半导体芯片的制造框图

半导体芯片的制造框图

第52页：典型的半导体芯片的制造流程

典型的半导体芯片的制造流程

第53页：半导体芯片制造的关键步骤硅片制造工艺流程

半导体芯片制造的关键步骤硅片制造工艺流程，光刻为核心

第54页：半导体工艺的构成（以硅为例）

半导体工艺的构成（以硅为例）

第55页：提炼多晶硅单晶硅生长集成电路制造封装

提炼多晶硅单晶硅生长集成电路制造封装（package）从石英砂到多晶硅（polycrystallinesilicon）从多晶硅到单晶硅（singlecrystallinesilicon），然后切成硅片（siliconwafer）在硅片上制作集成电路（integratedcircuits）对芯片实行保护和引脚加固半导体工艺的构成（以硅为例）

第56页：集成电路制备流程（以硅片为例）

集成电路制备流程（以硅片为例）

第57页：电阻分压器示意图

电阻分压器示意图。A图为电路图；B图为物理版图集成电路制备流程（以硅片为例）

第58页：电阻集成电路的制造工艺流程

电阻集成电路的制造工艺流程

第59页：半导体制造企业半导体制造企业可划分为2类

半导体制造企业半导体制造企业可划分为2类

设计/制造企业：许多企业都集合了芯片设计和芯片制造，从芯片的前端设计到后端加工都在企业内部完成。Intel、IBM、Motorola、Samsung、Hynix、Infineon、Philips、STmicroelectronics等。代工企业：在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯片设计企业制造芯片，这类企业称为晶圆代工厂（foundry）。代工的出现是由于现代技术的飞速发展，越来越多的技术需要更加细致的分工，这样可以部分降低企业的成本或风险。比如显卡和主板，它的核心是图形处理器和芯片组，是由象nVIDIA、ATI，INTEL、AMD、VIA、SIS、ALI等一些顶级的芯片研发公司设计出来，然后委托给某些工厂加工成芯片和芯片组。

第60页：著名代工企业台积电（TSMC）

著名代工企业台积电（TSMC）

如ATI和nVIDIA公司设计的图形处理芯片，或者VIA，SIS，ALI设计的主板南北桥芯片组基本都是由TSMC和UMC这两家公司负责生产。TSMC是由台湾“半导体教父”张忠谋先生创建。

第61页：台联电（UMC）

台联电（UMC）

1980年，岛内第一家集成电路公司。在曹兴诚的带领下，如今联电已成为仅次于台积电的台湾第二大半导体企业，同时也是世界上第二大专业芯片代工厂。著名代工企业

第62页：中芯国际（SMIC）

中芯国际（SMIC）

中芯国际成立于2000年，公司总部位于中国上海，拥有三座芯片代工厂，包括一座后段铜制程代工厂。技术能力包括逻辑电路、混合信号/射频电路、高压电路、系统级芯片、嵌入式及其他存储器,硅基液晶和影像感测器等。著名代工企业

第63页：上海宏力(GSMC)

上海宏力(GSMC)：下表列出相关数据。

上海宏力(GSMC)

宏力于2000年11月18日奠基，一期项目总投资为16.3亿美元，目前已建成两座12吋规格的厂房，其中一厂A线(8吋线)已投入生产，预计2004年下半年月生产能力可达27,000片八吋硅片，技术水平将达0.13微米。著名代工企业

第64页：和舰科技（HJTC）

和舰科技（HJTC）

和舰于2001年11月斥资15亿美元建立，坐落于风景优美、驰名中外的“人间天堂”---苏州工业园区，占地1.3平方公里，是一家具有雄厚外资，制造尖端集成电路的一流晶圆专工企业。著名代工企业

第65页：测试测试不同于设计过程中的验证

• 测试不同于设计过程中的验证；测试指工艺过程中或封装后进行的电学参数测量。
• 硅片测试是为了检验规格的一致性而在硅片级集成电路上进行的电学参数测量。
• 硅片测试的目的是检验可接受的电学性能。

第66页：装配和封装装配和封装过程是取出性能良好的

装配和封装装配和封装过程是取出性能良好的器件，将他们放入管壳，用引线将器件上的压点与管壳上的电极互相连接起来。封装为芯片提供一种保护并将它粘贴到更高级装配板上的措施。

第67页：封装形式

封装形式

第68页：IC分类－按器件结构类型分类

• IC分类－按器件结构类型分类
• 双极集成电路：主要由双极晶体管构成
• NPN型双极集成电路
• PNP型双极集成电路优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低。
• 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管构成
• NMOS
• PMOS
• CMOS(互补MOS)功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高。
• 双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂。

第69页：按集成电路规模分类集成度

• 按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目。
• 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）

第70页：按集成电路规模分类

按集成电路规模分类

第71页：单位芯片内的器件数缩写发展阶段2－50S

单位芯片内的器件数缩写发展阶段2－50S：下表列出相关数据。

单位芯片内的器件数缩写发展阶段2－50SSI小规模集成电路（50年代）50－5000MSI中规模集成电路（60年代）5000－10万LSI大规模集成电路（70年代）10万－100万VLSI特大规模集成电路（80年代）＞100万ULSI超大规模集成电路（90年代）按集成电路规模分类

第72页：按电路功能分类

• 按电路功能分类
• 数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路。
• 模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路。线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等。非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路。
• 数模混合集成电路(Digital-Analog IC)：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。

第73页：技术趋势自从进入微电子时代之后

技术趋势自从进入微电子时代之后，集成电路的最小线宽或最小特征尺寸(CD)以每年13%的速度缩小。在这一速度下，2010年时最小特征尺寸会缩小到50nm。器件微小化结果，可以降低每种电路功能的单位成本(unit cost)。

例如，对持续推进的新一代的动态随机存储器而言，每个存储器位的成本每年就减少了一半，当器件的尺寸缩小时，本征开关时间(intrinsic switching time )也随之减少。

器件速度从1959年以来，加快了四个次方，变快的速度也扩展了集成电路的功能性产生速度(functional throughput rate)。未来数字集成电路可以以每秒一兆位的速率进行信息处理和数值分析。

器件变的越小，其所消耗的功率也越少，所以器件微小化也可以降低每次开关操作所需要的能量。从1959年至今，每个数字栅极的能量耗损已经减少了超过100万倍。

第74页：DRAM的存储密度从1978年动态随机存

DRAM的存储密度从1978年动态随机存：下表列出相关数据。

DRAM的存储密度从1978年动态随机存储器初次批量生产到1999年止，实际动态随机存储器的密度呈指数上升，每18个月密度就增加两，照这个速度下去，可以预期在2005年时，动态随机存储器的密度会达到80亿，2012年时则达640亿位。

第75页：微处理器运算能力微处理器运算能力随时间按

微处理器运算能力微处理器运算能力随时间按指数增加，同样也是每18个月增加两倍的速率。目前一个奔腾(Pentium)系列的个人电脑和60年代晚期的超级电脑克菜一型(CRAYl)有相同的运算能力，但它的体积却为原先的千分之一；

如果按这个趋势继续下去，我们预期100GIPS的微处理器将在2010年问世。

第76页：不同技术的市场成长曲线在现代电子时代初期

不同技术的市场成长曲线在现代电子时代初期(1950-1970年)双极型晶体管是技术的驱动力；1970-1990年，因为个人电脑和先进电子系统的快速成长，动态随机存储器和以MOSFET为主的微处理器扮演了技术驱动力的角色；

1990年以后，因便携式电子系统的快速成长，非挥发性半导体存储器成为技术的驱动力。

第77页：技术节点（Technology

• 技术节点（Technology Node）
• 微电子工业中常用“技术节点”和“特征尺寸”来表征集成电路的集成度，其含意可能包括“半节距”、“物理栅长”、“最小线宽”等术语。这些参数越小，芯片集成度越高。
• 半节距（halfpitch）是指集成电路中互连线间距的一半。特征尺寸一般是最小线宽和物理栅长的通称。
• 由于最新的工艺技术通常最先用于DRAM芯片，因此技术节点往往是指DRAM的半节距。而物理栅长，最小线宽，特征尺寸等是技术节点的不同表达方式。

第78页：特征尺寸（Feature

特征尺寸（Feature Size）特征尺寸一般指半导体集成电路中的最小线宽，或者是MOS晶体管中的栅长。

第79页：20062005200420032002

20062005200420032002：下表列出相关数据。

200620052004200320022001进入生产时间（年）658090107130150半节距nm（技术节点）283237455365物理栅长nm近年来微处理器工艺的发展

第80页：现代半导体工业的发展趋势

现代半导体工业的发展趋势

特征尺寸减少和硅片直径增大特征尺寸减小运算速度更快集成度越高成本越低硅片直径增大更换设备费用高成本越低

第81页：课后习题1.半导体中“技术节点”的含义

• 课后习题1.半导体中“技术节点”的含义。
• 2.集成电路规模及其缩写。
• 3.什么是摩尔定律？4.微电子工艺中常用的狭义半导体材料有哪些？各有什么特点？除此之外，举例5种广义半导体材料。