集成电路制造技术集成电路制造技术微电子制造科学原理与工程技术微电子制造科学原理与工程技术((第二版第二版))StephenCampbell,StephenCampbell,电子工业出版社电子工业出版社半导体制造技术半导体制造技术MichaelQuirk,MichaelQuirk,电子工业出版社电子工业出版社课程的整体结构课程的整体结构CMOSCMOS,GaAs,GaAs,MEMS,MEMS本节课的目的本节课的目的了解什么是微电子学和微电子学是研究什了解什么是微电子学和微电子学是研究什对微电子学的发展历史、现状和未来有一对微电子学的发展历史、现状和未来有一个比较清晰的认识；个比较清晰的认识；对微电子学和集成电路的关系有一个比较对微电子学和集成电路的关系有一个比较全面的认识。全面的认识。了解集成电路制造工艺的基本概念了解集成电路制造工艺的基本概念微电子制造引论微电子制造引论人类社会的三次技术革命人类社会的三次技术革命1:第一次技术革命是以瓦特发明的蒸汽机为代第一次技术革命是以瓦特发明的蒸汽机为代表，以自由落体定律、开普勒行星三大定律表，以自由落体定律、开普勒行星三大定律和牛顿力学为理论基础。和牛顿力学为理论基础。((机器化机器化))2:第二次技术革命是以西门子发明的发电机为第二次技术革命是以西门子发明的发电机为代表，以电磁现象、电磁感应定律和电磁波代表，以电磁现象、电磁感应定律和电磁波理论为理论基础。理论为理论基础。((电气化电气化))3:第三次技术革命是以第三次技术革命是以微电子微电子技术为核心的包技术为核心的包含新材料、新能源、生物工程含新材料、新能源、生物工程、航空航天技、航空航天技术等的一些前沿学科的发展。其中微电子学术等的一些前沿学科的发展。其中微电子学的理论基础是现代物理学上的一些重要发现，的理论基础是现代物理学上的一些重要发现，比如伦琴发现的比如伦琴发现的XX射线、汤姆逊发现电子、普射线、汤姆逊发现电子、普朗克建立量子理论、爱因斯坦提出相对论等。朗克建立量子理论、爱因斯坦提出相对论等。微电子学微电子学((MicroelectronicsMicroelectronics))的核心的核心集成电路集成电路((IntegratedCircuitIntegratedCircuit))自然界和人类社会的一切活动都在产生信息自然界和人类社会的一切活动都在产生信息。。信信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，是人类社会经济活动的重要资源是人类社会经济活动的重要资源。。社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体，社会的各个部分通过网络系统连接成一个整体，由高速大容量光线和通迅群以光速和宽频带地传由高速大容量光线和通迅群以光速和宽频带地传送信息，从而使社会信息化送信息，从而使社会信息化、网络化和数字化。、网络化和数字化。实现实现社会信息化的社会信息化的网络及其关键部件不管是各种网络及其关键部件不管是各种计算机或通信机计算机或通信机，，它们的基础都是它们的基础都是微电子微电子。。微电子学微电子学是电子学的一门分支学科，主要研究电是电子学的一门分支学科，主要研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学。微电子学是以利用它实现信号处理功能的科学。微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的，所实现的电路实现电路和系统的集成为目的的，所实现的电路和系统又九游app娱乐 9游娱乐官网称为和系统又称为集成电路集成电路。。微电子学是一门综合性很强的边缘学科，它包扩微电子学是一门综合性很强的边缘学科，它包扩了半导体器件物理、了半导体器件物理、集成电路工艺集成电路工艺和集成电路及和集成电路及系统设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物系统设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、理、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个领域。加工、图论、化学等多个领域。集成电路集成电路是微电子技术的核心是微电子技术的核心如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的如果以单位质量的“钢”对国民生产总值的贡献为贡献为11来计算，则小轿车为来计算，则小轿车为55，彩电为，彩电为3030，计算，计算机为10001000，而集成电路则高达，而集成电路则高达20002000。。进入信息化社会的判据进入信息化社会的判据::半导体产值占国民生产总半导体产值占国民生产总产值的产值的0.50.5。。集成电路的战略地位首先表现在当代国民经济的集成电路的战略地位首先表现在当代国民经济的““食物链食物链””关系。关系。几乎所有的传统产业与微电子技术结合，用集成几乎所有的传统产业与微电子技术结合，用集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业焕发电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业焕发青春。青春。11：全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电：全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的3030，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术改，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术改造，每年即可节约造，每年即可节约500500亿度以上，相当于亿度以上，相当于33个葛洲坝水电站个葛洲坝水电站的发电量（的发电量（157157亿度22：对白炽等进行高效节能改造，并假设推广应用：对白炽等进行高效节能改造，并假设推广应用3030，，所节省的电能相当于所节省的电能相当于33座大亚湾核电站的发电量（座大亚湾核电站的发电量（139139亿度电子装备更新换代都基于微电子技术的进步，其电子装备更新换代都基于微电子技术的进步，其灵巧灵巧(Smart)(Smart)的程度都依赖于集成电路芯片的的程度都依赖于集成电路芯片的“智慧”程度和使用程度慧”程度和使用程度12集成电路芯片是整机高附加值的倍增器，但不是集成电路芯片是整机高附加值的倍增器，但不是最终产品，如果不能在整机和系统中应用，就没最终产品，如果不能在整机和系统中应用，就没有价值和高附加值。因此，决定集成电路产业的有价值和高附加值。因此，决定集成电路产业的建设必须首先考虑整机和系统应用的发展，即建设必须首先考虑整机和系统应用的发展，即市市场的需求场的需求。。在信息经济时代，产品，以其信息含量的多少及在信息经济时代，产品，以其信息含量的多少及处理信息能力的强弱，决定着附加值的高低，决处理信息能力的强弱，决定着附加值的高低，决定着在国际经济分工中的地位。定着在国际经济分工中的地位。我国我国ITIT企业与企业与IntelIntel公司利润的比较：公司利润的比较：13同样，同样，TITI（德州仪器）公司的技术创新，数字信（德州仪器）公司的技术创新，数字信 号处理器（ 号处理器（DSP DSP）使它的利润率比诺基亚高出 ）使它的利润率比诺基亚高出10 10 个百分点。 个百分点。 14 15 16 微电子产业的发展规模和科 微电子产业的发展规模和科 学技术水平已成为衡量一个 学技术水平已成为衡量一个 国家综合实力的重要标志！ 国家综合实力的重要标志！ 17 19551955年年55所高校在北大联合创建半导体专业 所高校在北大联合创建半导体专业 1:北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大学、夏门大学北京大学、南京大学、复旦大学、吉林大学、夏门大学 3:学生学生::王阳元、陈星弼、许居衍 19561956年研制出我国第一个锗晶体管 年研制出我国第一个锗晶体管 19651965年制成了第一片集成电路 年制成了第一片集成电路 19821982年，国务院成立电子计算机和大规模集成电 年，国务院成立电子计算机和大规模集成电 路领导小组，至今已形成了三业 路领导小组，至今已形成了三业((制造业 制造业、设计业、 、设计业、 封装业 封装业))分离的状态 分离的状态 18 第一类是第一类是企业 企业：： 上海中芯国际， 上海中芯国际，0.25~0.5μm 0.25~0.5μm的的88英寸的集成电路生产线。 英寸的集成电路生产线。 上海华虹 上海华虹NEC NEC（（HHNEC HHNEC）， ），0.35~0.5μm 0.35~0.5μm的的88英寸的集成电路生产线。 英寸的集成电路生产线。 上海宏力， 上海宏力，0.25~0.5μm 0.25~0.5μm的的88英寸的集成电路生产线 英寸的集成电路生产线 北京的首钢 北京的首钢NEC NEC（（SGNEC SGNEC）有一条 ）有一条0.5 0.5--0.8μm 0.8μm的的66英寸的生产。 英寸的生产。 上海 上海philips philips（（Wafer Foundry Wafer Foundry）有一条 ）有一条0.8 0.8--1.0μm 1.0μm的的66英寸的生产线。 英寸的生产线。 上海贝岭（ 上海贝岭（Beling Beling）有一条 ）有一条1.0 1.0--1.5μm 1.5μm的的44英寸的生产线。 英寸的生产线。 无锡华润有一条 无锡华润有一条0.5 0.5--1.0μm 1.0μm的的66英寸的生产线。 英寸的生产线。 苏州和舰有两条集成电路生产线 苏州和舰有两条集成电路生产线 大连 大连Intel Intel公司 公司 绍兴华越有一条从日本富士通引进的二手线， 绍兴华越有一条从日本富士通引进的二手线英寸的生产线。 英寸的生产线。 第二类是第二类是科研单位 科研单位：： 清华大学微电子所由 清华大学微电子所由IBM IBM捐赠了一条 捐赠了一条0.5 0.5--0.8μm 0.8μm的的66英寸的生产线。 英寸的生产线。 中科院微电子研究中心，有一条 中科院微电子研究中心，有一条0.5μm 0.5μm --0.8μm 0.8μm 的的44英寸的生产线。 英寸的生产线。 上海微系统研究所有一条 上海微系统研究所有一条0.8μm 0.8μm 的的44英寸的生产线。 英寸的生产线。 第三类是第三类是军工部门 军工部门：： 西安 西安771 771所有一条 所有一条11--2μm 的的33英寸的生产线所（兵器总公司）有一条 所（兵器总公司）有一条22--3μm 的的33英寸的生产线。英寸的生产线所（兵器总公司） 所（兵器总公司） 19 :ENIAC :ENIAC 1946 1946年年22月月14 14日日 Moore School Moore School，，Univ.of Univ.of Pennsylvania Pennsylvania 由由18000 18000个个电子管 电子管组成 组成 大小 大小::长长24m 24m,宽宽6m 6m,高高2.5m 2.5m 速度 速度:5000 :5000次次/sec /sec 重量 重量:30 :30吨吨 功率 功率:140KW :140KW 平均无故障运行 平均无故障运行:7min :7min 20 理论推动理论推动 19 19世纪末 世纪末20 20世纪初发现半导体的三个重要物理效 世纪初发现半导体的三个重要物理效