集成电路工艺原理范例(3篇)
集成电路工艺原理范文篇1
从制造谈起
在解析工艺秘密之前，先来简单了解一下芯片产品的制造流程。CPU也好，GPU也罢，还有诸如内存、闪存芯片等等，它们芯片核心部分的主要原料都是硅，制造过程也大体上相似。经过筛选、高温融化提纯后，硅原料变成了高度纯净的单晶硅。然后在高温容器中采用旋转拉伸的方式将原料取出，形成固定表面积的圆柱体硅锭。接着将硅锭切成圆形薄片，新的切片中要掺入一些物质。使之成为真正的半导体材料，而后在上边刻画代表着各种逻辑功能的晶体管电路。再将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。随后再通过光刻蚀、掺杂等一系列复杂工艺，一个内部拥有复杂晶体管电路网络、多层结构的晶圆已成形。晶圆将被进一步切割成独立的核心芯片单元并经检测合格，进行封装、插接，进而再检测以决定它们的额定频率，电压等参数，最终的产品即告出炉。
等会儿，这里边好像并没有提到“nm工艺”这个关键词。而它实际上是代表了芯片内部晶体管电路之间的距离。晶体管电路密集程度越高，单位面积内可以容纳的晶体管电路越密集、越复杂，构建同样结构的晶体管电路所需要的空间越小，或者相同大小的空间能够容纳更为复杂，晶体管数量更多的晶体管电路。
讲到这里，我们又要把摩尔定律作为权威理论摆出来了。1965年到1975年，Intel的创始人之一戈登-摩尔先后提出并完善了摩尔定律：芯片中的晶体管和电阻器的数量每24个月会翻番，原因是工程师可以小断缩小品体管的体积。这就意味着，半导体的性能与容量将以指数级增长，并且这种增长趋势将继续延续下去。而摩尔定律中晶体管数量翻倍带来的好处可以总结为：更快，更小，更便宜。而制造工艺的提升则是晶体管数量提升的前提。
提升工艺降低成本
工艺的提升对于消费者来说最直观的感觉就是产品售价的下降。由于芯片是由最初的硅锭逐步切割为一个个小的方形薄片，那么一旦工艺提升，晶体管电路变得更为密集，单个芯片所需的厚度、表面积也会随之降低，同样多原料就能生产出更多的芯片产品。同时，更先进的工艺也能够进一步保证产品的良品率，大大减少了报废产品的产生。当年NVIDIAGeForce7600GT/GS最初采用的90nmT艺的G73-N-A2核心，售价直徘徊在千元附近。而在80nm工艺的G73-B1核心被广泛运用后，GeForce7600GT/GS的售价才出现了大幅下调，599到799元的售价让它们最终成为了红极一时的主流产品。同时，目前NVIDIAG80和G92两款核心显卡产品的巨大的售价差距也让人们看到了65nm工艺的优势。
提升工艺提升性能
再来看Intel最新的45nm工艺的Penryn核心处理器吧，产品的双核心版本内建4.1亿个晶体管，四核心则有8.2亿个晶体管(65nmCore2Duo处理器双核心晶体管数量为291亿)，微架构经强化后，在相同频率下较上代65nm产品拥有更高性能，同时L2Cache容量亦提升50％，明显提高数据读取执行的命中率。47条全新IntelSSE4指令，提高媒体性能和实现高性能运算应用。正是由于晶体管电路更为密集，因而产品可以在更小的空间内融入数量更多、结构更复杂的晶体管电路，相信不久的将来，我们就能享受到如此强大的处理器产品。
提升工艺提升电气性能
先进的工艺同样也意味着电气性能的提升，即产品的供电环境要求下降，发热量更低，功耗更低，更易于超频。记得Core2Duo刚上市时，大家都感觉难以置信，因为默认外频已高达266MHz的处理器产品大部分都可以在额定工作电压仅为1.35V(实际工作电压为1.248V)的情况下超频到400MHz以上。
对于现在热门的RadeonHD3850/3870显卡，恐怕我们很难想象，作为AMD-ATi新一代中高端产品的代表，并且是第一款对DirectX10.1API提供支持的RadeonHD3850/3870，它们的供电部分设计居然看上去如此的简单。但要知道，RadeonHD3850/3870采用的可是目前显卡领域最前沿的55nm制造工艺啊!AMD-ATi借着55nm先进工艺，将6.66亿个晶体管融入到了表面积仅为190mm2的显示核心当中，同时将Rv670xT和RV670Pro的TDP功耗控制在132W和104W。因此，两款产品在供电设计方面均不会有过高的要求。还有另外一条令人振奋的消息：采用RV670XT的RadeonHD3870显卡，假如在PCB背面的核心电压控制部分的一个空焊位焊接一个500毫欧的电阻，就能显著提升RV670的工作电压。通过这个改造，RadeonHD3870显卡的核心工作频率可以稳定超频到1GHz左右，性能将在原有基础上大幅提升。
制造工艺与产业关系
看到这么多制造工艺提升带来的优势，恐怕大家会感到奇怪：“不是说最新的工艺生产出来的产品最节省成本、性价比最高么?但为什么最新工艺的新款CPU刚开始发售时售价都那么高呢?”“为什么都到了45nm工艺了，还有些厂商仍然在坚持使用90nm甚至更老旧的和造工艺呢?”这就要涉及到产业关系的内容了。
众所周知，目前工艺上最领先的仍旧是CPU制造，以Intel、AMD为代表的一线领导地位的厂商不断努力开发更新，但技术更新也是需要相当大的成本投入的，即便能够以更低廉的成本生产出产品，它们也不会降低产品的售价。以较高的价格销售全新的产品不仅能够让它们迅速回收工艺更新的成本同时，也赚取工艺更新的利润。
在收回足够多的成本和利润后，更加先进的工艺已经出炉，而后相对老旧的技术被用于生产价格适中的主流产品，这往往就是主流用户们最终能够接受的产品了，不过它们仍然摆脱不了被淘汰的命运。但另一方面，对于处在中下游的厂商来说，一线厂商淘汰下来的技术仍然是非常有利用价值的。于是它们也会以一个相对合理价格收购一线厂商淘汰不用的工艺技术，继续发挥它们的生产价值。例如，我们会看到处理器的生产工艺已经发展到了45nm，实际上主流的处理器产品依旧采用的是65nm工艺，而诸如内存、闪存等半导体产品却仍然在采用90nm甚至更老的工艺。
新的工艺不断被Intel、AMD、台电等一线厂商开发出来，帮助它们赚取产品、技术开发等方面的利润，而一线厂商淘汰下来的技术被二线厂商回收后进一步利用。这就形成了制造工艺的单向循环。所以我们才能够看到半导体产业工艺技术的不断更新。
集成电路工艺原理范文
在工作人员的陪同下，我们来到了首钢nec的小礼堂，进行了简单的欢迎仪式后，由工作人员向我们讲解了集成电路半导体材料、半导体集成电路制造工艺、集成电路设计、集成电路技术与应用前景和首钢nec有限公司概况，其中先后具体介绍了器件的发展史、集成电路的发展史、半导体行业的特点、工艺流程、设计流程，以及sgnec的定位与相关生产规模等情况。
ic产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，ic产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和nec电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（sgnec），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和ic封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和nec电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，sgnec的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用lic等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的foundry产品委托加工业务。公司以“协力·敬业·创新·领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。
通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了sgnec的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。
由于ic的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。
为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数ic后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。
在sgnec后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。
在整个参观过程中，我们都能看到整洁干净的车间、纤尘不染的设备、认真负责的工人，自始至终都能感受到企业的特色文化，细致严谨的工作气氛、一丝不苟的工作态度、科学认真的工作作风。不可否认，我们大家都应该向他们学习，用他们的工作的态度与作风于我们专业基础知识的学习中，使我们能够适应目前集成电路人才的需求。
集成电路工艺原理范文
专注模拟晶圆代工,
扩充8英寸产能满足市场需求
“我们运营的8英寸生产线正处于快速上量的过程中,目前月产能已达3万片,预计在2012年达到6万片。”华润上华科技有限公司市场及销售副总温珍荻表示,“2010年,随着全球经济的逐步复苏,半导体行业也重新回到成长轨迹,未来两年内半导体市场的需求将保持适度增长。我们正积极扩充8英寸产能,推出特色工艺平台,以应对市场的强劲需求。”
1997年成立的华润上华在国内成功开创了纯开放式晶圆专工模式,目前资产总值已达到29.4亿元人民币,2009年实现销售额9.87亿元人民币。公司在无锡拥有中国内地规模最大的6英寸开放式晶圆代工生产线,并营运一条8英寸生产线,同时在北京、上海、香港、中国台湾以及美国等地设有办事处,是国内领先的模拟晶圆代工企业。
据温珍荻介绍,华润上华的6英寸生产线产能已逾10万片,主攻高压模拟工艺与新型电力电子器件工艺。随着日益增多的企业将电子和其他半导体合成产品的制造转入中国,中国在全球半导体市场的份额正逐年提高。紧抓市场机遇,在华润集团的资金支持下,华润上华运营的8英寸生产线于2009年6月正式投产。据温珍荻介绍,目前该生产线在不断提升产能的同时,良率和准时交付率也已达业界标准,主攻先进模拟工艺与逻辑工艺,已建立起完整的8英寸主流工艺平台,并可为客户提供完整的设计服务和IP平台。此外,该生产线已先后通过了ISO9001、ISO14001、OHSAS18001、ISO27001及TS16949等体系的认证,已具备为客户提供全方位服务的能力。目前,华润上华可为客户提供0.13微米以上的广泛的模拟与功率工艺技术,包括:BCD、HVCMOS、MixedSignal、RF、Embedded-NVM、Logic、BiCMOS、DMOS、IGBT、Bipolar等。未来,华润上华的工艺技术还将提升至0.11微米。
携手国内IC设计业,
共同把握新兴应用市场机遇
经过十余年的发展,华润上华已拥有广泛的客户群,包含欧美日台的知名半导体公司,如富士通、德仪、意法半导体Fairchild、Freescale、ST、O2、IR等,更有多家排名中国大陆前十大的设计公司,如华润矽科、杭州士兰,同时与国内多家设计公司合作,开发更有竞争力的产品。
“深耕中国模拟市场是华润上华多年来始终坚持的方向。”温珍荻表示,华润上华创始人陈正宇博士在创建公司之初,便胸怀“以代工突破中国半导体业发展”的愿景,始终积极为国内IC设计公司提供生产平台,相互推动成长,以期带动国内集成电路产业整体快速发展。目前,华润上华的客户总数已有数百家,其中60%以上是国内客户。今后,华润上华将进一步携手国内IC设计业,挑战新兴应用市场,实现双方的增值与共赢。
据了解,针对中国蓬勃兴起的新兴模拟电路市场需求,华润上华不断开发新的工艺平台,近日了多款新型BCD和0.13微米工艺平台,为客户提供完备的、弹性灵活的、高性价比的解决方案。
华润上华致力于功率模拟IC代工,尤其在BCD代工方面拥有核心优势。其新近的三款新型BCD工艺平台分别向绿色节能产品的高电压、高效能及高集成度应用:(1)1.0微米700VBCD工艺平台是基于华润上华在AC-DC转换器上广泛应用的1.0微米40VBCD工艺平台上嵌入700VDMOS后研发而成的。它不但保持了原有工艺简单经济的优点,同时拓展了应用范围,是绿色电源芯片最佳选择之一,其主要应用于离线电源、LED照明驱动等AC-DC转换电路。(2)新开发的0.25微米BCD工艺平台,相较原有的0.5微米BCD工艺平台具有更高的性价比,其功率DMOS性能提升了30%,工艺流程更简化,使用成本更低。该工艺平台主要面向DC-DC转换器、AC-DC转换器、LED驱动、音频功放及电池保护等电源管理应用。(3)0.18微米BCD工艺平台是面向数字电源的普及需求的。该工艺平台将功率DMOS嵌入0.18微米数字平台中,保持了0.18微米数字工艺及0.25微米BCD工艺原有性能,同时提供完整的数字标准单元库、OTP等设计支持。
华润上华新近研发的0.13微米工艺平台,是基于原有0.18微米工艺平台研发而成的,包括0.13微米逻辑、模拟和射频工艺平台。与其0.18微米技术相比,芯片尺寸将最多缩小约50%的面积,性能提升逾50%。0.13微米逻辑工艺平台目前提供标准和低功耗2种工艺:标准工艺适用于性能导向的客户;低功耗工艺适用于手持消费性市场。0.13微米模拟和射频工艺平台技术将使基于逻辑平台的集成更为容易,主要提供的器件有:多种阈值电压的Core器件、3.3VIO器件、隔离P阱、多晶高阻、可变电容器、MIM电容和顶层厚铝的电感器。0.13微米低压高性能逻辑工艺平台以及基于0.13微米逻辑工艺平台的嵌入记忆体工艺和高压工艺开发项目正在进行中。
此外,华润上华的0.13微米逻辑、模拟和射频工艺平台的模拟套件库(PDK)也将于近期完成。预计从2011年开始还将提供上述新工艺平台的多项目晶圆服务(MPW),以帮助客户降低生产成本。
“华润上华已形成了具有特色的模拟代工模式。我们拥有全系列的BCD工艺,覆盖了高电压、高密度与高性能等多种应用需求。在电源管理、半导体照明、射频应用、汽车电子、智能消费电子等领域,我们也可以提供多样化的工艺平台解决方案。”温珍荻介绍说,“在IC设计方面,华润上华还能够提供广泛的技术服务,包括类型丰富的PDK、StandardCells、Library、模拟IP和数字IP,可满足主流工艺的不同设计平台需求,亦可根据客户的特殊需求量身定制。同时,我们还可提供特定用途的标准产品SoC和面向客户特定需求的ASIC的设计支持服务。华润上华正努力通过高效的产品导入、稳定的良率、充沛的产能和完善的管理体系,帮助客户尽快将产品成功推向市场。”
看好绿色环保趋势,
华润微电子聚焦节能产品与服务
华润上华隶属于华润集团旗下的华润微电子有限公司(股份代号:0597.HK),近几年,华润上华也得益于华润微电子“聚焦节能产品与服务”的战略,得到了来自集团的内部协同与支持。
华润微电子是在中国内地经营发展半导体业务的领先生产制造商。作为中国前五大半导体制造商之一,其业务包括开放式晶圆代工、集成电路设计、集成电路测试封装和分立器件制造四大板块。华润微电子及其旗下的华润上华、华润矽科、华润安盛及华润华晶等附属公司均为知名的微电子企业。华润微电子具有完整的产业链,并在主流消费电子市场以及蓬勃发展的节能及绿色照明市场持续投入研发,使华润微电子成为中国半导体行业中主要的模拟集成电路及分立器件供应商。而代工板块的华润上华是国内少数拥有丰富模拟工艺基础的晶圆专工公司,坚实的制造能力是企业进入绿色节能半导体市场重要的基石。
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近年来,环保节能已成为半导体应用市场成长的驱动力。国家提高新能耗标准政策的出台,使节能环保产品的需求增加,节能补贴的政策更提升了消费者节能产品购买欲,这都将快速提升电源管理半导体的需求,而电源管理将推动整个模拟IC市场在未来出现巨大的增长。以DC-DC、LDO、AC-DC、PFC、Regulator、MOSFET/IGBT为主流产品和具有高压功率模拟工艺(BCD、HVCMOS等)为主流工艺技术的微电子公司将呈现高成长性。
“我们相信,绿色环保不仅是趋势,更是进行式。中国环保意识的日渐增加使得节能及低碳排放产品的需求快速上升,华润微电子已抓住机遇,大力扩展节能环保的产品以及服务,提供电源管理、变频控制、LED控制、电仪表的IC设计、制造、封装测试服务以及分立器件产品等。”华润微电子有限公司首席执行官邓茂松先生表示。
华润微电子的绿色节能半导体产品主要为电源管理以及绿色照明。在2009年,电源管理以及绿色照明的产品以及服务占销售额的三成。“透过华润微电子旗下的产品公司提供DC-DC、AC-DC、LED控制与电源管理IC,以及代工服务提供BCD、IGBT、RF等丰富的关键工艺服务,在未来,我们将提升绿色节能相关产品与服务至五成以上!”邓茂松表示,“延续去年成功开发了用于LED驱动及锂电池控制的集成电路,以及高压BCD制程技术,今年我们持续完善与若干机构合作开发商用微机电系统(MEMS)传感器制程技术。我们将持续地在重点细分市场上,形成特色产品与工艺技术,建立具有自主知识产权的工艺技术平台,整合价值链,巩固并提升华润微电子在节能半导体市场的优势。”
温珍荻则表示:“相信在华润微电子的大力支持下,华润上华能够在新兴模拟半导体市场中确立自己应有的地位。”
自2000年国务院颁布“18号文”至今已有十年,中国半导体产业在国家各项政策指导和各级政府支持下,已取得了明显的成就。根据CCID数据,中国IC设计业的规模从2000年的10.7亿元人民币快速增长到2009年的269.9亿元人民币,增长率达到2422%,同期IC设计公司的数量也经历了从20个到472个的高速发展。中国半导体产业的潜力不容忽视。
“中国占世界1/4的人口,市场容量巨大,对半导体的需求占全球1/3,已成为全球半导体市场重要的组成部分。而模拟工艺的特点是只有设计与工艺的密切完美结合,才能成就具有竞争力的产品,因此决定了华润上华必须把握中国战略性新兴应用半导体市场的发展契机,与中国设计业同呼吸共拼搏,共谋发展,同时也为中国集成电路的民族产业贡献一份绵薄之力。”温珍荻说。
