半導(dǎo)體工業(yè)簡介-簡體中文

半導(dǎo)體工業(yè)簡介-簡體中文第一頁，共35頁。課程大綱敘述目前半導(dǎo)體工業(yè)的經(jīng)濟規(guī)模與工業(yè)基礎(chǔ)。說明IC結(jié)構(gòu)，并且列出5個積體年代。討論晶圓及制造晶圓的5個主要階段。敘述與討論晶圓制造的改進技術(shù)之3項重要趨勢。說明臨界尺寸(CD)的定義，同時討論Moore’s定律與未來晶圓發(fā)展的關(guān)系。從發(fā)明晶體管開始到現(xiàn)今晶圓制造，討論電子工業(yè)的發(fā)展歷程。討論半導(dǎo)體工業(yè)中生涯發(fā)展的不同路線。

第二頁，共35頁。微處理芯片微處理機芯片

(PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices)微處理機芯片

(PhotocourtesyofIntelCorporation)第三頁，共35頁。真空管第四頁，共35頁。半導(dǎo)體工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用基本設(shè)施消費者：計算機汽車航空和宇宙航行空間醫(yī)學(xué)的其他工業(yè)顧客服務(wù)原始的設(shè)備制程印刷電路板工業(yè)工業(yè)協(xié)會

(SIA,SEMI,NIST,etc.)生產(chǎn)工具實用品材料&化學(xué)度量衡學(xué)工具分析研究所技術(shù)能力學(xué)院&大學(xué)芯片制造者圖1.1第五頁，共35頁。第一個晶體管

(由BellLabs研究制造)

圖1.3第六頁，共35頁。第一平面式晶體管圖1.2第七頁，共35頁。集成電路集成電路(IC)微芯片,芯片發(fā)明者積體電路的好處積體年代從SSI芯片到ULSI芯片1960-2000第八頁，共35頁。第一個集成電路

(由TI之Jack所制造)

第九頁，共35頁。晶圓芯片的俯視圖一個單一的集成電路，如晶粒、芯片和微芯片圖1.3第十頁，共35頁。半導(dǎo)體集成電路表1.1集成電路半導(dǎo)體工業(yè)的時間周期每個芯片組成數(shù)沒有整合(離散組成)1960年前1小尺寸整合(SSI)1960年早期25中尺寸整合(MSI)1960年到1970年早期505,000大尺寸整合(LSI)1970年早期到1970年晚期5,000100,000非常大尺寸整合(VLSI)1970年晚期到1980年晚期100,0001,000,000超大尺寸整合(ULSI)1990年至今＞1,000,000第十一頁，共35頁。ULSI芯片PhotocourtesyofIntelCorporation,PentiumIII第十二頁，共35頁。IC制造硅晶圓晶圓晶圓尺寸組件與模層晶圓廠IC制造的主要階段晶圓準備晶圓制造晶圓測試/分類裝配與封裝最后測試

第十三頁，共35頁。芯片尺寸的發(fā)展20001992198719811975196550mm100mm125mm150mm 200mm 300mm圖1.4第十四頁，共35頁。硅芯片的組件和膜層圖1.5第十五頁，共35頁。IC制造的主要階段1.晶圓準備包括結(jié)晶、長晶、圓柱化、切片和研磨。

4.裝配和封裝沿切刻線切割晶圓，以分隔每個晶粒。

晶粒黏著于封裝體內(nèi)，并進行金屬打線。

2.晶圓制造包括清洗、加層、圖案化、蝕刻、摻雜。

3.測試／分類包括探針、測試、分類晶圓上的每個晶粒。

5.最后測試確定IC通過電子和環(huán)境測試。

缺陷晶粒硅棒切片單晶硅切刻線單一晶粒裝配封裝第十六頁，共35頁。硅芯片的制備1.長晶單晶錠端點移除和

直徑研磨主平面形成5.晶圓切片邊角磨光研磨晶圓蝕刻拋光晶圓檢視研漿研磨臺研磨頭多晶硅晶種結(jié)晶加熱

坩鍋(注意：圖1.7的名詞于第4章解釋。)圖1.7第十七頁，共35頁。晶圓廠PhotocourtesyofAdvancedMicroDevices-Dresden,?S.Doering第十八頁，共35頁。微芯片封裝圖1.8第十九頁，共35頁。半導(dǎo)體趨勢增加芯片特性臨界尺寸(CD)每一芯片上的組件數(shù)目Moore’s定律功率消耗增加芯片的可靠度降低芯片價錢

第二十頁，共35頁。臨界尺寸圖1.9第二十一頁，共35頁。對于臨尺寸過去和未來技術(shù)點的比較表1.2第二十二頁，共35頁。芯片上晶體管數(shù)目之增加趨勢RedrawnfromSemiconductorIndustryAssociation,TheNationalTechnologyRoadmapforSemiconductors,1997.圖1.1019971999200120032006201220091600140012001000800600400200年每一微處理器上之晶體管數(shù)目(百萬)第二十三頁，共35頁。年400480808086802868038680486

Pentium

PentiumPro100M10M1M100K10K1975 1980 1985 1990 19952000500251.0.1.01UsedwithpermissionfromProceedingsoftheIEEE,January,1998,?1998IEEE微處理器之發(fā)展與Moore’s定律之關(guān)系圖1.11晶體管每秒百萬條指令第二十四頁，共35頁。早期與現(xiàn)在半導(dǎo)體尺寸的對照圖1.121990年的微芯片

(525百萬個晶體管)1960年的晶體管US硬幣(10分)第二十五頁，共35頁。每年呈現(xiàn)下滑現(xiàn)象的

IC功率消耗10864201997 1999 2001 2003 2006 2009 2012年RedrawnfromSemiconductorIndustryAssociation,NationalTechnologyRoadmap,1997圖1.13平均功率w(106W)第二十六頁，共35頁。芯片可靠度的增進1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 年7006005004003002001000圖1.14長期每百萬部分故障率目標(biāo)(PPM)第二十七頁，共35頁。半導(dǎo)體芯片價錢每年降低RedrawnfromC.Chang&S.Sze,McGraw-Hill,ULSITechnology,(NewYork:McGraw-Hill,1996),xxiii.圖1.151930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000年104102110-210-410-610-810-10組件尺寸 =

價錢 =BITMSILSIVLSIULSI標(biāo)準管真空管

半導(dǎo)體組件集成電路縮小管比較值第二十八頁，共35頁。電子發(fā)展的階段1950年代:晶體管技術(shù)1960年代:制造技術(shù)1970年代:競爭1980年代:自動化1990年代:大量生產(chǎn)

第二十九頁，共35頁。芯片費用每年持續(xù)增加

$100,000,000,000$10,000,000,000$1,000,000,000$100,000,000$10,000,0001970 1980 1990 2000 2010 2020年實際費用預(yù)測費用UsedwithpermissionfromProceedingsofIEEE,January,1998?1998IEEE圖1.16成本第三十頁，共35頁。半導(dǎo)體工業(yè)的生涯發(fā)展路線圖1.17工廠領(lǐng)導(dǎo)者生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)者生產(chǎn)管理者維修領(lǐng)導(dǎo)者維修管理者設(shè)備工程師設(shè)備技術(shù)人員維修技術(shù)人員制造技術(shù)人員制程技術(shù)人員研究技術(shù)人員工程師領(lǐng)導(dǎo)者制程工程師整合工程師良率&錯誤分析技術(shù)人員晶制程造技術(shù)人員生產(chǎn)者*BachelorofScience在電子的技術(shù)教育MSBSBEST*AS+ASHS+HS第三十一頁，共35頁。晶圓廠的產(chǎn)量測量金屬化蝕刻薄膜擴散光罩離子植入微處理制程設(shè)備檢查重作檢查廢棄制程設(shè)備檢查制程設(shè)備檢查制程設(shè)備檢查制程設(shè)備檢查制程設(shè)備啟始芯片1234567891011121314151617181920212223242526272829303112345678910111213141516171819202122232425262728293031芯片出廠時間開始時間到12369每個操作員周期時間工作時間＝開始工作之時間－工作結(jié)束之時間晶圓產(chǎn)量