• 硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。 硅晶圆尺寸越大越好，因为这样每块晶圆能生产更多的芯 片。比如，同样使用0.13微米的制程在200mm的晶圆上可 以生产大约179个处理器核心，而使用300mm的晶圆可以 制造大约427个处理器核心，300mm直径的晶圆的面积是 200mm直径晶圆的2.25倍，出产的处理器个数却是后者的 2.385倍，并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶 圆来得高多少，因此这种成倍的生产率提高显然是所有芯 片生产商所喜欢的。 然而，硅晶圆具有的一个特性却限制了生产商随意增 加硅晶圆的尺寸，那就是在晶圆生产过程中，离晶圆中心 越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏 点数呈上升趋势，这样我们就无法随心所欲地增大晶圆尺 寸。
（元件 / 芯片）
水平
小规模集成电路 中规模集成电路 大规模集成电路 特大规模集成电路 超大规模集成电路
年
缩写
SSI MSI LSI VLSI ULSI
单位芯片内的器件数
2 ~ 50 50 ~ 5000 5000 ~100 000 100 000 ~ 1 000 000 > 1 000 000
• 特征尺寸的减小和电路密度的提高产生的结果是：
1.3 集成电路
• 最早的集成电路仅是几个晶体管、二极管、电 容器、电阻器组成，而且是在锗材料上实现的， 是由德州仪器公司的杰克·基尔比发明的。如 图所示。右图是用平面技术制造的晶体管
坪区 -V
输出
+V
1.4 工艺和产品趋势
• 从以开始，半导体工业就呈现出在新工艺和器件 结构设计上的持续发展。工艺的改进是指以更小 尺寸来制造器件和电路，并使之具有更高的密度， 更多的数量和更高的可靠性。
第四步 封装
封装 良品芯片
被封装 并测试
良品
3 晶圆制备
3.1 概述
在这一章里，主要介绍沙子转变成晶体， 以及晶圆和用于芯片制造级的抛光片的生产步 骤。
高密度和大尺寸芯片的发展需要大直径 的晶圆，最早使用的是1英寸(25mm)，而现在 300mm直径的晶圆已经投入生产线了。因为 晶圆直径越大，单个芯片的生产成本就越低。 然而，直径越大，晶体结构上和电学性能的一 致性就越难以保证，这正是对晶圆生产的一个 挑战。
1.2 固态器件
• 固态器件不仅是指晶体管，还包括电阻器和电容 器。
• Ge合金管的缺点是工作温度低，电性能差。 • 50年代随着硅平面制造工艺的出现，很快就出现
了用硅材料制造的晶体管。 • 由于硅材料的制造温度(熔点温度1415℃)和硅晶
体管的工作温度都优于锗(熔点温度937℃) ，加 之SiO2的天然生成使得硅晶体管很快取代了Ge晶 体管。
中国芯技术系列
IC半导体工艺技术概述
技术创新，变革未来
目录
• 第一章：半导体产业介绍 • 第二章：器件的制造步骤 • 第三章：晶圆制备 • 第四章：芯片制造 • 第五章：污染控制 • 第六章：工艺良品率
第一章 半导体产业介绍
• 概述 微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金管）
问世，50年代中期出现了硅平面工艺，此工艺不 仅成为硅晶体管的基本制造工艺，也使得将多个 分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路成为 可能，随着制造工艺水平的不断成熟，使微电子 从单只晶体管发展到今天的ULSI。
第二章 器件的制造步骤
• 半导体器件制造分4个不同阶段： 1.材料准备 2.晶体生长与晶圆准备 3.芯片制造4.封装
材料 准备
晶体生 长与晶 圆准备
晶圆 制造
封装
第一步 材料准备
第二步晶体生长与晶圆准备
第三步 芯片制造
制造
电性测试 （芯片分捡）
在晶圆 上制造 单个 电路
每个电路 进行电 测试
• 尺寸和数量是IC发展的两个共同目标。 • 芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，将此定义
为制造复杂性水平的标准。
• 通常用微米来表示。一微米为1/10000厘米。
• Gordon Moore在1964年预言IC的密度每隔18～24 个月将翻一番，------摩尔定律。
一个尺寸相同的芯片上，所容纳的晶体管数量， 因制程技术的提升，每18个月到两年晶体管数量会加 倍，IC性能也提升1倍。现以1961年至2006年期间半 导体技术的发展为例加以说明，IC电路线宽由25微米 减至65纳米，晶圆直径由1英寸增为12英寸，每一芯 片上由6个晶体管增为80亿个晶体管，DRAM密度增 加为4G位，晶体管年销售量由1000万个增加到10的 18次方至19次方个，但晶体管平均售价却大幅下降 10的9次方倍。
回顾发展历史，微电子技术的发展不外乎包括 两个方面：制造工艺和电路设计，而这两个又是 相互相成，互相促进，共同发展。
1.1 半导体工业的诞生
• 电信号处理工业始于上个世纪初的真空管，真空 管使得收音机、电视机和其他电子产品成为可能。 它也是世界上第一台计算机的大脑。
• 真空管的缺点是体积大、功耗大，寿命短。当时 这些问题成为许多科学家寻找真空管替代品的动 力，这个努力在1947年 12月23日得以实现。也 就是第一只Ge合金管的 诞生。如图所示。
随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也 提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的 需求比例将日益加大。目前，硅片主流产品是 200mm，逐 渐向300mm过渡，研制水平达到400mm～450mm。据统 计，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左 右，其余 占20%左右。根据最新的《国际半导体技术指南 （ITRS）》，300mm硅片之后下一代产品的直径为 450mm；450mm硅片是未来22纳米线宽 64G集成电路的 衬底材料，将直接影响计算机的速度、成本，并决定计算 机中央处理单元的集成度。
• 信号传输距离的缩短和电路速度的提高，芯片或电 路功耗更小。
1.5 半导体工业的构成
• 半导体工业包括材料供应、电路设计、芯片制造和 半导体工业设备及化学品供应五大块。
• 目前有三类企业：一种是集设计、制造、封装和市 场销售为一体的公司；另一类是做设计和销售的公 司，他们是从芯片生产厂家购买芯片；还有一种是 芯片生产工厂，他们可以为顾客生产多种类型的芯 片。