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《集成电路基础知识培训》讲义.ppt
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1、ICBaseTraining主讲:罗慧丽主讲:罗慧丽集成电路集成电路基础知识基础知识一、集成电路的基本概念及分类一、集成电路的基本概念及分类第一节第一节集成电路的基本概念知识集成电路的基本概念知识1、什么是集成电路?、什么是集成电路?我们通常所说的我们通常所说的“芯片芯片”指集成电路指集成电路,那什么是集成电路呢?那什么是集成电路呢?所谓集成电路就是把一个单元电路或一些功能电路,甚至某一整机的功能电路集中所谓集成电路就是把一个单元电路或一些功能电路,甚至某一整机的功能电路集中制作在一个晶片上,再封装在一个便于安装、焊接的外壳中的电路上。集成电路有膜制作在一个晶片上,再封装在一个便于安装、焊接的
2、外壳中的电路上。集成电路有膜(薄膜、厚膜)、半导体集成电路及混合集成电路。半导体集成电路是利用半导体工艺(薄膜、厚膜)、半导体集成电路及混合集成电路。半导体集成电路是利用半导体工艺将一些晶体管、电阻器、电容器以及连线等制作在很小的半导体材料或绝缘基片上,形将一些晶体管、电阻器、电容器以及连线等制作在很小的半导体材料或绝缘基片上,形成一个完整电路,封装在特制的外壳中,从壳内向壳外接出引线,半导体集成电路常用成一个完整电路,封装在特制的外壳中,从壳内向壳外接出引线,半导体集成电路常用IC表示。表示。集成电路的英文是:集成电路的英文是:IntegratedCircuit简称为简称为IC通用集成电路通
3、用集成电路General ICGeneral IC 例如单片机、存储器等,通用都可以理解为一般常用的。例如单片机、存储器等,通用都可以理解为一般常用的。专用集成电路专用集成电路Application Specific Integrated CircuitApplication Specific Integrated Circuit 简称为简称为ASICASIC ASIC ASIC是专门为了某一种或几种特定功能而设计的,它也是专门为了某一种或几种特定功能而设计的,它也是相对于通用集成电路而言的,除通用的一些集成电路外,是相对于通用集成电路而言的,除通用的一些集成电路外,都可称为专用集成电路。都可
4、称为专用集成电路。2、集成电路的分类、集成电路的分类ASICASIC可以分为全定制(可以分为全定制(可以分为全定制(可以分为全定制(FullCustomFullCustom)半定制()半定制()半定制()半定制(Semi-CustomSemi-Custom)“全定制全定制(Full-Custom)”(Full-Custom)”是一种基于晶体管级的是一种基于晶体管级的ASICASIC设计方式,包设计方式,包括在晶体管的版图尺寸、位置及布局布线等技术细节上的精心设计,括在晶体管的版图尺寸、位置及布局布线等技术细节上的精心设计,最后将设计结果交由厂家去进行掩模制造,制造成芯片。这种设计最后将设计结果
5、交由厂家去进行掩模制造,制造成芯片。这种设计方法的优点是芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、方法的优点是芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、功耗低,而缺点是开发周期长,费用高,只适合大批量产品开发。功耗低,而缺点是开发周期长,费用高,只适合大批量产品开发。半定制半定制(Semi-Custom)”(Semi-Custom)”是一种约束性是一种约束性ASICASIC设计方式。半定制设计方式。半定制ASICASIC通常是包含门阵列通常是包含门阵列(Gata Array)(Gata Array)和标准单元和标准单元(Standard Cell)(Standard Cell)设计
6、法,设计法,这两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的就是简化设计,牺这两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的就是简化设计,牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。牲芯片性能为代价来缩短开发时间。3、ASIC的分类的分类电路设计电路设计版图设计版图设计集成电路芯片的显微照片集成电路芯片的显微照片集成电路制造流程集成电路制造流程1、掩膜版加、掩膜版加工工2、晶圆加工、晶圆加工3、中测、中测(切割、减(切割、减薄、挑粒)薄、挑粒)4、封装或绑、封装或绑定定5、成测、成测前前工工序序后后工工序序集成电路制造流程集成电路制造流程掩膜掩膜版加版加工工在半导体制造的整个流程中,其中一部分就是从版图到在半导体制
7、造的整个流程中,其中一部分就是从版图到wafer制造中制造中间的一个过程,即光掩膜或称光罩间的一个过程,即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的制造。这一部分是流程衔接的关键部分,是流程中造价最高的一部分,也是限制最小线宽的瓶颈之一。关键部分,是流程中造价最高的一部分,也是限制最小线宽的瓶颈之一。现代光刻依靠的一种类似于放大照片底片的投影印刷。图是简化的曝光过现代光刻依靠的一种类似于放大照片底片的投影印刷。图是简化的曝光过程。透镜系统校准一个强程。透镜系统校准一个强UV光源,称为光罩的金属盘子会挡住光线。光源,称为光罩的金属盘子会挡住光线。UV光穿过光罩中透明的部分和另外的透镜在
8、光穿过光罩中透明的部分和另外的透镜在wafer上形成图像。上形成图像。晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;它多指单晶圆片,由普通的硅沙提炼而成,是最常用的半导体材料。它的常用直径它多指单晶圆片,由普通的硅沙提炼而成,是最常用的半导体材料。它的常用直径它多指单晶圆片,由普通的硅沙提炼而成,是最常用的半导体材料。它的常用直径它多指单晶圆片,由普通的硅
9、沙提炼而成,是最常用的半导体材料。它的常用直径尺寸分为尺寸分为尺寸分为尺寸分为4 4 4 4英寸、英寸、英寸、英寸、5 5 5 5英寸、英寸、英寸、英寸、6 6 6 6英寸、英寸、英寸、英寸、8 8 8 8英寸等规格,近来发展出英寸等规格,近来发展出英寸等规格,近来发展出英寸等规格,近来发展出12121212英寸甚至更大规格的,英寸甚至更大规格的,英寸甚至更大规格的,英寸甚至更大规格的,晶圆越大,同一圆片上可生产的晶圆越大,同一圆片上可生产的晶圆越大,同一圆片上可生产的晶圆越大,同一圆片上可生产的ICICICIC就越多,可降低成本,但要求材料技术和生产技就越多,可降低成本,但要求材料技术和生产
10、技就越多,可降低成本,但要求材料技术和生产技就越多,可降低成本,但要求材料技术和生产技术更高。术更高。术更高。术更高。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之ICIC产品。晶产品。晶产品。晶产品。晶圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。
11、二氧化硅矿石经由电弧炉圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达0.999999999990.99999999999。晶圆制造厂再将此多晶硅融解,再于融液内掺入一小粒的硅晶体。晶圆制造厂再将此多晶硅融解,再于融液内掺入一小粒的硅晶体。晶圆制造厂再将此多晶硅融解,再于融液内掺入一小粒的硅晶体。晶圆制造厂再将此多晶硅融解,再于融液内
12、掺入一小粒的硅晶体晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶粒在熔融态的硅原料中逐渐生成,此过程称为粒在熔融态的硅原料中逐渐生成,此过程称为粒在熔融态的硅原料中逐渐生成,此过程称为粒在熔融态的硅原料中逐渐生成,此过程称为“长晶长晶长晶长晶”。硅晶棒再经过研磨,抛光,。硅晶棒再经过研磨,抛光,。硅晶棒再经过研磨,抛光,。硅晶棒再经过研磨,抛光,切片后,即
13、成为积体电路工厂的基本原料切片后,即成为积体电路工厂的基本原料切片后,即成为积体电路工厂的基本原料切片后,即成为积体电路工厂的基本原料硅晶圆片硅晶圆片硅晶圆片硅晶圆片 这就是这就是这就是这就是“晶圆晶圆晶圆晶圆”,英文为,英文为,英文为,英文为“WWafer”afer”晶圆的介绍晶圆的介绍1 1、光刻:光刻:ICIC生产的主要工艺手段生产的主要工艺手段,指用光技术在晶圆上指用光技术在晶圆上刻蚀电路。刻蚀电路。2 2、线宽线宽:4:4微米微米/1/1微米微米/0.6/0.6微米微米/0.35/0.35微米微米/035/035微米等微米等,是指是指ICIC生产工艺可达到的最小导线宽度生产工艺可达到
14、的最小导线宽度,是是ICIC工艺先进水平的工艺先进水平的主要指标主要指标.线宽越小线宽越小,集成度就高集成度就高,在同一面积上就集成更在同一面积上就集成更多电路单元。多电路单元。3 3、前、后工序前、后工序:IC:IC制造过程中制造过程中,晶圆光刻的工艺晶圆光刻的工艺(即所谓流即所谓流片片),),被称为前工序被称为前工序,这是这是ICIC制造的最要害技术制造的最要害技术;晶圆流片后晶圆流片后,其切割、封装等工序被称为后工序。其切割、封装等工序被称为后工序。名词解释名词解释中测(硅片的测试)中测(硅片的测试)中测(中测(Wafertest)是半导体后道封装测试的第一站。)是半导体后道封装测试的第
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