辅相成的、“良性循环发展”的态势。这种“技术链”的互助作用在集成电路的设计手 段及制造技术体系上的作用点集中反映在计算机辅助设计技术( CAD-Computer Aided Design)对IC制造业发展的促进上。换句话说,正是由于有了CAD技术在微电子集成 电路芯片的设计与制造领域中的全面应用,从本质上取代了传统的(以人工设计和人工 实验、人工调试的方法为主)、落后的设计方法,方使电子系统的系统大规模集成或超 大规模集成化成为现实。使集成电路的设计手段及分析手段逐步形成了当代的、可称之 为现代计算机IC自动化设计的工程体系,这是一个充满活力的、前景无限的、十分诱 人的、崭新的边缘科学领域。 以上,我们陈述了微电子集成电路设计与制造领域飞速发展的原因所在和“微电子 时代”的主要特征。“微电子时代”的显著特点是多高科技学科的互动且作用于集成电 路的超大规模化上。正是这种互动的技术动力作用,使得集成电路以极快的速度经历了 小规模集成电路(简称为SSI- Small Scale Integrate)、大规模集成电路(简称为 LSI- Large Scale Integrate)、超大规模集成电路(简称为ⅥSI- Very large scale Integrate)、特大规模集成电路(简称为ULSI- Ultra Large Scale Integrate)等若干 发展阶段。那么,ULSI(特大规模集成电路)反映在集成电路的“集成度”和制造工艺 水准上是个什么概念呢?就“集成度”而言,约在单个管芯内集成的晶体管个数近5 个 Million(五百万)范围内。就制造工艺水准上来讲,其集成电路内电极引线的线径 接近于0.25微米(μm),集成电路制造产业将所位于的这一工艺水平称之为“深亚微 米”工艺水平 集成电路制造业的技术进步表现在集成电路的“集成度”、电路的性能和电路的可 靠性不断提高,不断采用新的控制技术使生产成本降低,从而导致了产品的价格不断下 降,使集成电路的应用领域也不断扩大。以集成电路的“集成度”为例,几乎每三年即 能达到以四倍的速度增长。例如:单位芯片面积的存储器存储位数由IK、4K、16K,很 快就达到了64K。目前,LSⅠ已发展成ⅥSI(超大规模集成电路)的规模。从LSI到ⅥSI 的高速发展,除了工艺技术、设备、原材料等方面的不断改进等原因以外,设计技术手 段的进步与革新是其首要的原因。 设计与开发技术手段革新的主要表现是全面地采用了计算机辅助设计( Computer Aided Design-CAD)技术。 集成电路的生产发展到今天的ⅥSI阶段,其电路设计的复杂性、制造工艺的高精 度控制要求以及器件特性的高指标,已使在该技术领域从事研发的技术人员不可能只依 靠常规的传统经验和简单的递推估算来进行研究、设计和开发工作。而计算机辅助设计 手段则成为他们广泛使用和不可缺少的工具 通常,LSI的设计和制造过程包括:电路设计、逻辑设计、器件设计、工艺设计
5 辅相成的、“良性循环发展”的态势。这种“技术链”的互助作用在集成电路的设计手 段及制造技术体系上的作用点集中反映在计算机辅助设计技术（CAD-Computer Aided Design）对 IC 制造业发展的促进上。换句话说，正是由于有了 CAD 技术在微电子集成 电路芯片的设计与制造领域中的全面应用，从本质上取代了传统的（以人工设计和人工 实验、人工调试的方法为主）、落后的设计方法，方使电子系统的系统大规模集成或超 大规模集成化成为现实。使集成电路的设计手段及分析手段逐步形成了当代的、可称之 为现代计算机 IC 自动化设计的工程体系，这是一个充满活力的、前景无限的、十分诱 人的、崭新的边缘科学领域。 以上，我们陈述了微电子集成电路设计与制造领域飞速发展的原因所在和“微电子 时代”的主要特征。“微电子时代”的显著特点是多高科技学科的互动且作用于集成电 路的超大规模化上。正是这种互动的技术动力作用，使得集成电路以极快的速度经历了 小规模集成电路（简称为 SSI-Small Scale Integrate）、大规模集成电路(简称为 LSI-Large Scale Integrate)、超大规模集成电路(简称为 VLSI-Very Large Scale Integrate)、特大规模集成电路(简称为 ULSI-Ultra Large Scale Integrate)等若干 发展阶段。那么，ULSI（特大规模集成电路）反映在集成电路的“集成度”和制造工艺 水准上是个什么概念呢？就“集成度”而言，约在单个管芯内集成的晶体管个数近 5 个 Million（五百万）范围内。就制造工艺水准上来讲，其集成电路内电极引线的线径 接近于 0.25 微米（μm），集成电路制造产业将所位于的这一工艺水平称之为“深亚微 米” 工艺水平。 集成电路制造业的技术进步表现在集成电路的“集成度”、电路的性能和电路的可 靠性不断提高，不断采用新的控制技术使生产成本降低，从而导致了产品的价格不断下 降，使集成电路的应用领域也不断扩大。以集成电路的“集成度”为例，几乎每三年即 能达到以四倍的速度增长。例如：单位芯片面积的存储器存储位数由 1K、4K、16K，很 快就达到了 64K。目前，LSI 已发展成 VLSI (超大规模集成电路)的规模。从 LSI 到 VLSI 的高速发展，除了工艺技术、设备、原材料等方面的不断改进等原因以外，设计技术手 段的进步与革新是其首要的原因。 设计与开发技术手段革新的主要表现是全面地采用了计算机辅助设计(Computer Aided Design-CAD)技术。 集成电路的生产发展到今天的 VLSI 阶段，其电路设计的复杂性、制造工艺的高精 度控制要求以及器件特性的高指标，已使在该技术领域从事研发的技术人员不可能只依 靠常规的传统经验和简单的递推估算来进行研究、设计和开发工作。而计算机辅助设计 手段则成为他们广泛使用和不可缺少的工具。 通常，LSI 的设计和制造过程包括：电路设计、逻辑设计、器件设计、工艺设计
版图设计、掩模制造、管芯制造、封裝工序、成品测试等阶段 采用计算机辅助设计(CAD)手段进行集成电路新产品的设计与开发不仅仅在于可 以大大地减轻传统设计工作中的庞大工作量,还在于它大大地缩短了新品开发与设计的 周期,提高了各个环节开发与设计的精度及可靠性。更为重要的是,采用CAD技术可以 在产品制造之前就进行多种方案的比较、工艺环节及工艺条件的优化与筛选,从而提高 了设计的质量。 微电子时代”的到来是客观现实,是人类社会走向文明与进步的必然。中国政府 已经认定,自2000年开始,加大对微电子产业的投入,这将预示着中国的“微电子时 代”即将来临。 “微电子时代”不是空中楼阁,“微电子时代”是一种科技发展的“状态”,有着 充实的实际内涵。讲到这里,我们似乎看到了一幅“微电子时代”的美丽画卷,“山雨 欲来风满楼”,我们期待着中国的“微电子时代”尽快达到鼎盛。当我们真切地感觉到 置身于“微电子时代”之中时,你会有什么样的感觉呢?尽快地学习与了解微电子集成 电路制造技术,拓宽自己的知识面,开阔视野,积累创新的灵感 (2)课件综述篇半导体材料的基本特性教学内容辅导教案 ★该部分教学内容的重点 了解半导体材料(以硅材料为重点)的基本特性,并联系其主要特性在晶体管 和集成电路的设计与制造方面的主要应用。 ★该部分教学内容的难点 半导体材料的主要特性在晶体管和集成电路的设计与制造方面的主要应用。例 如:若干半导体化合物材料的固有特性;半导体材料的单晶体属性与晶体管或集成 电路间的关系:半导体单晶体的各向异性特征及其在器件设计与制造等方面应用。 ★学习该部分教学内容的学时:2学时 1关于半导体材料与半导体器件 半导体器件是以半导体材料为基本原材料,利用半导体材料的某些特性制造而成 的 以电阻率(p)来度量自然界物质的导电能力: A易于导电的物质-导体-电阻率范围:1E-6至1E-39·CM B不易导电的物质-绝缘体-电阻率范围:1E+8至1E+209·C C介于A与B之间-半导体一电阻率范围:1E-3至1E+89·C 2制造集成电路对半导体材料的基本要求 关于制造集成电路所使用的衬底材料[ Substrate-Sub.]
6 版图设计、掩模制造、管芯制造、封装工序、成品测试等阶段。 采用计算机辅助设计（CAD）手段进行集成电路新产品的设计与开发不仅仅在于可 以大大地减轻传统设计工作中的庞大工作量，还在于它大大地缩短了新品开发与设计的 周期，提高了各个环节开发与设计的精度及可靠性。更为重要的是，采用 CAD 技术可以 在产品制造之前就进行多种方案的比较、工艺环节及工艺条件的优化与筛选，从而提高 了设计的质量。 “微电子时代”的到来是客观现实，是人类社会走向文明与进步的必然。中国政府 已经认定，自 2000 年开始，加大对微电子产业的投入，这将预示着中国的“微电子时 代”即将来临。 “微电子时代”不是空中楼阁，“微电子时代”是一种科技发展的“状态”，有着 充实的实际内涵。讲到这里，我们似乎看到了一幅“微电子时代”的美丽画卷，“山雨 欲来风满楼”，我们期待着中国的“微电子时代”尽快达到鼎盛。当我们真切地感觉到 置身于“微电子时代”之中时，你会有什么样的感觉呢？尽快地学习与了解微电子集成 电路制造技术，拓宽自己的知识面，开阔视野，积累创新的灵感。 (2)课件综述篇-半导体材料的基本特性教学内容辅导教案 ★ 该部分教学内容的重点： 了解半导体材料（以硅材料为重点）的基本特性，并联系其主要特性在晶体管 和集成电路的设计与制造方面的主要应用。 ★ 该部分教学内容的难点： 半导体材料的主要特性在晶体管和集成电路的设计与制造方面的主要应用。例 如：若干半导体化合物材料的固有特性；半导体材料的单晶体属性与晶体管或集成 电路间的关系；半导体单晶体的各向异性特征及其在器件设计与制造等方面应用。 ★ 学习该部分教学内容的学时：2 学时 1 关于半导体材料与半导体器件 半导体器件是以半导体材料为基本原材料，利用半导体材料的某些特性制造而成 的。 以电阻率（ρ）来度量自然界物质的导电能力： A 易于导电的物质-导 体-电阻率范围：1E-6 至 1E-3 Ω·CM B 不易导电的物质-绝缘体-电阻率范围：1E+8 至 1E+20Ω·CM C 介于 A 与 B 之间-半导体-电阻率范围：1E-3 至 1E+8 Ω·CM 2 制造集成电路对半导体材料的基本要求 关于制造集成电路所使用的衬底材料[Substrate-Sub.]
(1)衬底材料必须是纯净的(仅含所需类型及所需数量的杂质)、晶体结构完美(含 有尽可能少的晶体缺陷)的单晶体。 (2)单晶硅片:单面或双面高度平整和光洁(V13~V14-属机械行业的表面光洁 度的最高标识);厚度在800至500微米范围内 (3)晶体的基本形态:单晶形态、多晶形态和非晶形态 单晶形态-单晶体一体内原子呈三维有序排列; 多晶形态-多晶体由若干晶粒结构而成。 晶粒-内部原子排列三维有序的最小形式,故可认为晶粒是单晶体的最小形 式。所以,多晶体也可认为是由若干微小的单晶体结合而成 非晶形态-非晶体-体内原子的排列呈近程有序而远程无序,随其整体也呈无序 状态,但不存在间界(晶粒间界)。非晶体的能量状态描述与单晶截然不同,但其突 出的光电转换效率和形态的韧性使其在光电起见领域有着广泛的应用。 (4)制造集成电路对半导体材料的指标要求 确切的导电类型:N型或P型; 定的电阻率(即特定的杂质含量); 晶体结晶质量(缺陷面密度<10个/平方厘米) 确定的晶体取向:<111>;<100>;<110)。 111-晶体的晶向指数符号 (111)-晶体的晶面指数符号。 ★对该部分教学内容的归纳与总结 半导体单晶材料的若干属性,如:半导体材料的溶点和所能承受的正常晶体温度直 接与其加工工艺的工艺温度及晶体管或集成电路的工作温度有关。硅的氧化衍生物二氧 化硅具有俘获若干种杂质元素的作用,正式因为这一点而产生出硅的选择性刻蚀工艺和 选择性掺杂工艺。半导体单晶体材料的各向异性特征在选择性腐蚀、晶体的各向异性生 长、定向解理等方面具有重要的应用 (3)课件综述篇半导体材料的制备教学内容辅导教案 ★该部分教学内容的重点: 半导体材料(以硅材料为重点)的常规制备工艺及制备技术。 ★该部分教学内容的难点: 半导体材料(以硅材料为重点)的常规制备工艺环节,特别是硅材料的常规提 纯技术及提纯工艺。 ★学习该部分教学内容的学时:2学时 集成电路制造用单晶硅材料的加工制造过程 7
7 （1） 衬底材料必须是纯净的（仅含所需类型及所需数量的杂质）、晶体结构完美（含 有尽可能少的晶体缺陷）的单晶体。 （2） 单晶硅片：单面或双面高度平整和光洁（▽13～▽14-属机械行业的表面光洁 度的最高标识）；厚度在 800 至 500 微米范围内。 （3） 晶体的基本形态：单晶形态、多晶形态和非晶形态 单晶形态-单晶体-体内原子呈三维有序排列； 多晶形态-多晶体由若干晶粒结构而成。 晶粒-内部原子排列三维有序的最小形式，故可认为晶粒是单晶体的最小形 式。所以，多晶体也可认为是由若干微小的单晶体结合而成。 非晶形态-非晶体-体内原子的排列呈近程有序而远程无序，随其整体也呈无序 状态，但不存在间界（晶粒间界）。非晶体的能量状态描述与单晶截然不同，但其突 出的光电转换效率和形态的韧性使其在光电起见领域有着广泛的应用。 （4） 制造集成电路对半导体材料的指标要求： 确切的导电类型：N 型或 P 型； 一定的电阻率（即特定的杂质含量）； 晶体结晶质量（缺陷面密度<10 个/平方厘米）； 确定的晶体取向：<111>；<100>；<110>。 <111>-晶体的晶向指数符号。 (111)-晶体的晶面指数符号。 ★ 对该部分教学内容的归纳与总结： 半导体单晶材料的若干属性，如：半导体材料的溶点和所能承受的正常晶体温度直 接与其加工工艺的工艺温度及晶体管或集成电路的工作温度有关。硅的氧化衍生物二氧 化硅具有俘获若干种杂质元素的作用，正式因为这一点而产生出硅的选择性刻蚀工艺和 选择性掺杂工艺。半导体单晶体材料的各向异性特征在选择性腐蚀、晶体的各向异性生 长、定向解理等方面具有重要的应用。 (3)课件综述篇-半导体材料的制备教学内容辅导教案 ★ 该部分教学内容的重点： 半导体材料（以硅材料为重点）的常规制备工艺及制备技术。 ★ 该部分教学内容的难点： 半导体材料（以硅材料为重点）的常规制备工艺环节，特别是硅材料的常规提 纯技术及提纯工艺。 ★ 学习该部分教学内容的学时：2 学时 集成电路制造用单晶硅材料的加工制造过程
原料(石英石-Si02 粗硅 四氯化硅 高温↓炭还原 高温氯化 Si02+2C Si+2c0 Si+2CL2= SiCL4 t (1600℃~1800℃) (500℃~700℃氯化)冷凝后为液态 高纯四氯化硅 高纯多晶硅 多级物化精馏塔 高温氢还原 Sicl4+2H2= si+4HCL (1000℃~1200℃) 单晶硅硅棒(由籽晶引导) 直拉单晶炉 掺杂(Ⅲ、V族元素) 区熔单晶炉 单晶定向切割(切片) 内圆切割机 先定向后切割 符合要求厚度的硅片 外圆切割机 单晶晶片研磨(磨片) 单面研磨机 符合平整度要求的硅片 双面研磨机 单晶片表面抛光(细磨+腐蚀) 纯机械模式抛光 纯化学模式抛光 符合光洁度指标要求的硅片 化学、机械抛光 单晶抛光工艺片的检验 晶体缺陷密度测定 表面平整度的测定 表面光洁度的测定 (5)课件综述篇-晶体管的工艺结构教学内容辅导教案 8
8 原料（石英石-SiO2） 粗硅 四氯化硅 高温 炭还原 高温氯化 SiO2+2C = Si+2CO Si+2CL2 = SiCL4 （1600℃～1800℃） （500℃～700℃氯化）冷凝后为液态 高纯四氯化硅 高纯多晶硅 多级物化精馏塔 高温氢还原 SiCL4+2H2 = Si+4HCL （1000℃～1200℃） 单晶硅硅棒（由籽晶引导） 直拉单晶炉 掺杂（Ⅲ、Ⅴ族元素） 区熔单晶炉 单晶定向切割（切片） 内圆切割机 先定向后切割 符合要求厚度的硅片 外圆切割机 单晶晶片研磨（磨片） 单面研磨机 符合平整度要求的硅片 双面研磨机 单晶片表面抛光（细磨+腐蚀） 纯机械模式抛光 纯化学模式抛光 符合光洁度指标要求的硅片 化学、机械抛光 单晶抛光工艺片的检验 晶体缺陷密度测定 表面平整度的测定 表面光洁度的测定 （5）课件综述篇-晶体管的工艺结构教学内容辅导教案
★该部分教学内容的重点: 介绍典型的晶体管的实际工艺结构。 ★该部分教学内容的难点 本节内容的学习难点是晶体管实际工艺结构的结构原理,其中涉及到结构合 理性、原理合理性、工艺可行性等重要方面 ★学习该部分教学内容的学时:2学时 关于晶体管工艺结构的结构基础 关于真空电子管的典型结构 高压板极 玻璃壳 真空封装 控制栅 阴极 灯丝 二关于真空电子管的致命弱点 1电子管的工作原理依赖于空间电场效应,故: 必须满足局部的真空环境,以减少电子的空间自由程。 2电子管的功率参数与电子管板极的面积成正比,故: 电子管的体积和重量难以降低。 3维持一只电子管的正常工作需要供给板极和阴极电压 以及灯丝电压,故:电子管的工作条件较为复杂 4最低的板极电压也要高于100伏,故: 电子管的功耗是极大的 5电子管的灯丝热损较大,极大地限制了电子管的工作寿命。 以上五点是电子管无法克服的致命弱点 三关于半导体器件的突出优点: 与同类电真空器件相比,半导体器件(或称为晶体管)所具有的突出优点为:体积 小;重量轻;功耗极小:可靠性极高:稳定性极好;工作寿命极髙。随着对半导体 器件工作原理的深入研究,逐步形成了完整的固体电子学和半导体物理学理论。 四半导体器件的合理工艺结构
9 ★ 该部分教学内容的重点： 介绍典型的晶体管的实际工艺结构。 ★ 该部分教学内容的难点： 本节内容的学习难点是晶体管实际工艺结构的结构原理，其中涉及到结构合 理性、原理合理性、工艺可行性等重要方面。 ★ 学习该部分教学内容的学时：2 学时 关于晶体管工艺结构的结构基础 一 关于真空电子管的典型结构： 二 关于真空电子管的致命弱点： 1 电子管的工作原理依赖于空间电场效应，故： 必须满足局部的真空环境，以减少电子的空间自由程。 2 电子管的功率参数与电子管板极的面积成正比，故： 电子管的体积和重量难以降低。 3 维持一只电子管的正常工作需要供给板极和阴极电压 以及灯丝电压，故：电子管的工作条件较为复杂 4 最低的板极电压也要高于 100 伏，故： 电子管的功耗是极大的 5 电子管的灯丝热损较大，极大地限制了电子管的工作寿命。 以上五点是电子管无法克服的致命弱点 三 关于半导体器件的突出优点： 与同类电真空器件相比，半导体器件（或称为晶体管）所具有的突出优点为：体积 小；重量轻；功耗极小；可靠性极高；稳定性极好；工作寿命极高。 随着对半导体 器件工作原理的深入研究，逐步形成了完整的固体电子学和半导体物理学理论。 四 半导体器件的合理工艺结构： 高压板极 玻璃壳 真空封装 控制栅 阴极 灯丝