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【技术】集成电路芯片工艺

集成电路经过了50年的持续快速发展,到今天已达到可实现智能化系统集成芯片的高水平。在集成电路产业的发展中,20世纪70年代初Intel公司总裁摩尔预言:“集成电路芯片上的晶体管数目将按每18个月翻一番的速度发展。”三十多年来,集成电路产业的发展现实证明了他的预测,并由此被人们誉为“摩尔定律”。摩尔定律所反映的集成电路发展的规律。
人们预测体硅CMOS集成电路在今后10~20年还会继续向lOnm技术发展,同时也开始探索新的集成电路技术,但不等于用新的技术来替代硅CMOS集成电路。不同技术等级的集成电路会同时并存,在不同领域发挥各自的作用。目前,以0.18μm、0.13μm、0.09μmCMOS工艺技术为主流的集成电路技术已经进入大生产阶段,芯片的集成度达到lOs~109量级,即每个集成电路芯片上可以包含有几亿到十亿个晶体管。到2006年,单片系统集成芯片已达到最小特征尺寸0.065μm、芯片集成度达2亿个晶体管、芯片面积520rrirr12、7~9层金属互连线、管脚数4000个、功耗160W。到2010年,最小特征尺寸为0.05μm的64GDRAM产品将投入批量生产。
集成电路技术的发展趋势,是向更大的晶圆片和更小的特征尺寸方向发展。这样可以在芯片面积基本不变的情况下不断增强集成电路的功能,同时不断地降低生产和使用成本。但从另一方面看,为了减小特征尺寸,在工艺及设备的研究和制造方面所需的费用则越来越高,例如,有消息预测一台45nm的光刻机售价将超过六千万美元。图3-3为Intel的300mm圆片和“奔腾4”芯片实例。
集成电路芯片的生产过程是一个非常V793复杂的过程,芯片制造的基本工艺可以分为光刻、掺杂、氧化及热处理、物理气相沉积、化学汽相沉积、刻蚀、化学机械抛光等;由基本工艺组成工艺模块,例如铜金属化互连等,再用不同的工艺模块进行各种集成电路的研制和生产。
集成电路的工艺新技术主要包括:
(1)亚微米、深亚微米乃至纳米集成电路工艺技术,其中每一级别的工艺技术都包括有上面提到的基本工艺和由它们集成而成的不同类别的集成电路工艺模块。
(2)器件物理、器件模型的分析、模型参数的提取技术、工艺模拟技术等。
(3)在上述(1)、(2)基础上形成的各类集咸电路专用的设计与制造技术。
a.深亚微米EEPROM工艺、Flashmemory工艺技术,包括超薄隧道氧化层的生长技术、EEPROM、Flashmemory的单元制作技术,高、低压兼容设计技术,包括片上升压技术研究、可靠性增长与考核技术、与常规CMOS数字工艺的兼容技术等。
b.SOI技术包括SOI衬底制备、深亚微米SOI器件模型与模拟的研究、SOIMOSFET高温特性研究、SOI集成电路的工艺加工技术SOI集成电路抗辐射技术。
c.深亚微米BICMOS工艺及兼容技术,充分利用MOS集成电路集成密度高、双极集成电路速度快的优势,高性能的BICMOS工艺技术以及与常规CMOS的兼容技术。
d.高压集成电路、智能功率集成电路的工艺技术,包括高压器件结构、高压器件与常规器件的工艺兼容技术研究。
e.深亚微米模拟集成电路、模数混合集成电路的工艺技术与常规数字CMOS工艺技术的兼容技术。