1-3-微电子技术.pptx
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1、(1)微电子技术与集成电路1微电子技术微电子技术是信息技术领域中的关键技术,是发展电子信息产业和各项高技术的基础微电子技术的核心是集成电路技术2什么是电子电路?电子电路由电阻,电容,电感和二极管、晶体管等元器件组成,它们通过导线连接起来,使电流在其中流动,完成信号的生成、放大、变换或传输等功能3什么是电子电路?过去,电路由单个元器件(分立元件)和电线连接而成,现在,则大多制作成集成电路形式4电路板电路板5电子电路中元器件的发展演变晶体管晶体管(1948)中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)微电子技术是以微电子技术是以集成电路集成电路为核心的电子技术,为核心的电子技术,它是在电子元器
2、件小型化、微型化的过程中发它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。展起来的。大规模大规模/超大规模超大规模集成电路集成电路(1970s)电子管电子管(1904)6电子电路中使用的基础元件的演变基础元件 具有开关和放大作用的电子元件(例如,二极管,三极管等)。基础元件的演变 真空电子管 晶体管 中小规模集成电路 大规模超大规模集成电路7电子电路使用的基础元件的演变8真空电子管 在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机。红红灯灯牌牌电电子子管管收收音音机机电子电路使用的基础元件的演变1904年 英国电气工程师弗莱明(John Ambrose Flem
3、ing)真空二极管1906年 美国工程师德福雷斯特(Lee De Forest)真空三极管标志世界从此进入电子时代标志世界从此进入电子时代电子电路使用的基础元件的演变晶体管 1948年发明了晶体管,再加上印制电路组装技术的使用,使电子电路在小型化方面前进了一大步,产生了第二代计算机电子电路使用的基础元件的演变19561956年诺贝尔奖年诺贝尔奖年诺贝尔奖年诺贝尔奖肖克利肖克利肖克利肖克利William Bradford ShockleyWilliam Bradford Shockley巴丁巴丁巴丁巴丁John BardeenJohn Bardeen布拉顿布拉顿布拉顿布拉顿Walter Brat
4、tainWalter Brattain11电子电路使用的基础元件的演变世界上第一只晶体管世界上第一只晶体管世界上第一只晶体管世界上第一只晶体管各种类型的晶体管各种类型的晶体管各种类型的晶体管各种类型的晶体管TRADICTRADIC计算机计算机计算机计算机 ,1955,1955年年年年第一台全晶体管计算机第一台全晶体管计算机第一台全晶体管计算机第一台全晶体管计算机12什么是集成电路?集成电路(Integrated Circuit,简称IC):以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺,将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点:体积小、重量
5、轻功耗小、成本低速度快、可靠性高超大规模集成电路超大规模集成电路小规模集成电路小规模集成电路13电子电路使用的基础元件的演变第一个集成电路第一个集成电路第一个集成电路第一个集成电路14各种各样的集成电路15IC是所有电子产品的核心16集成电路集成电路的制作材料 半导体材料硅(Si)化合物半导体如砷化镓(GaAs)等集成电路的特点体积小、重量轻、可靠性高17集成电路的分类按用途分:通用集成电路专用集成电路(ASIC)按电路的功能分:数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分:双极型(Bipolar)电路金属氧化物半导体(MOS)电路按集成度(芯片中包含的元器件数目)分:集成电路规模集成电
6、路规模元器件数目元器件数目小规模集成电小规模集成电路(路(SSI)100中规模集成电中规模集成电路(路(MSI)1003000大规模集成电大规模集成电路(路(LSI)300010万万超大规模集成超大规模集成电路(电路(VLSI)10万万几十亿几十亿极大规模集成极大规模集成电路(电路(ULSI)100万万集成电路的分类19(2)集成电路的制造20集成电路的制造集成电路的制造工序繁多,从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序,工艺复杂且技术难度非常高,有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无尘厂房内完成。兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿
7、元以上。21制造业制造业集成电路的制造过程集成电路的制造过程22集成电路的制造过程硅抛光片硅抛光片单晶单晶硅锭硅锭单晶硅锭经切单晶硅锭经切割、研磨和抛割、研磨和抛光后制成镜面光后制成镜面一样光滑的圆一样光滑的圆形薄片,称为形薄片,称为“硅抛光片硅抛光片”晶圆晶圆晶圆晶圆硅平面工艺硅平面工艺硅平面工艺硅平面工艺硅平面工艺包括氧化、光刻、硅平面工艺包括氧化、光刻、掺杂和互连等工序,最终在掺杂和互连等工序,最终在硅片上制成包含多层电路及硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。通常电子元件的集成电路。通常每一硅抛光片上可制作成百每一硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路,这上千个独立的集成电路,
8、这种整整齐齐排满了集成电路种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作的硅片称作“晶圆晶圆”芯片芯片芯片芯片检测、分类检测、分类检测、分类检测、分类集成电路集成电路集成电路集成电路封装封装封装封装对晶圆上的每个对晶圆上的每个电路进行检测,电路进行检测,然后将晶圆切开然后将晶圆切开成小片,把合格成小片,把合格的电路分类,再的电路分类,再封装成一个个独封装成一个个独立的集成电路立的集成电路成品测试成品测试成品测试成品测试成品成品成品成品进行成品测试,进行成品测试,按其性能参数按其性能参数分为不同等级,分为不同等级,贴上规格型号贴上规格型号及出厂日期等及出厂日期等标签,成品即标签,成品即可出厂可出厂23集成电
9、路制造厂生产的产品晶圆切片(简称晶圆)像镜子一样的光滑圆形薄片,是供芯片生产的后道工序作深加工的原材料。集成电路芯片(简称芯片)直接应用在计算机、电子、通讯等许多行业上的最终产品。包括CPU、内存单元和其它各种专业应用芯片。24芯片制造流程晶圆处理在晶圆上制作电路及电子元件,晶圆上就形成了一个个的小格,即晶粒。这个处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关,但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗,再在其表面进行氧化及化学气相沉积,然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤,最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。25处理后的晶圆处理后的晶圆排满成百上千个集成电路排满成百上千个集成电
10、路IC技术发展增大晶圆面积增大硅晶圆的面积:使每块晶圆能生产更多的芯片比如,使用0.13微米的工艺在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心,而使用同样工艺在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心,而实际成本提高不多 26芯片制造流程晶圆针测用针测(Probe)仪对每个晶粒检测其电气特性,并将不合格的晶粒标上记号后,将晶圆切开,分割成一颗颗单独的晶粒。一般情况下,为便于测试,提高效率,同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品;但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。检测、切开后,再按其电气特性分类,装入不同的托盘中,不合格的晶粒则舍弃。27芯片制造流程封装 将单个的晶粒固定在塑
11、胶或陶瓷制的芯片基座上,并把晶粒上蚀刻出的一些引接线端与基座底部伸出的插脚进行连接,以作为与外界电路板连接之用,最后盖上塑胶盖板,用胶水封死,封焊。28封装后的封装后的集成电路集成电路集成电路生产线集成电路产业发展迅速,创新能力不断增强。图为我国中芯国际集成电路有限公司12英寸超大规模集成电路生产线 29FC-PGA2 FC-PGA2 封装方式封装方式(Pentium 4 Pentium 4 处理器)处理器)集成电路插座集成电路插座集成电路插座集成电路插座集成电路的封装30集成电路集成电路封装目的:封装目的:电功能、散热功能、机械与化学保护功能电功能、散热功能、机械与化学保护功能芯片制造流程双
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