目錄1．集成電路芯片與封裝3.1.1集成電路與平面工藝2．關(guān)于“平面工藝”(1)集成電路與芯片

半導(dǎo)體集成電路具有多種不同封裝外形。

外引線數(shù)目從幾根到上千根。

按封裝材料分，使用最多的是塑料封裝

要求較高的采用陶瓷封裝

還有采用金屬外殼封裝。1．集成電路芯片與封裝(1)集成電路與芯片

若打開封蓋，就會發(fā)現(xiàn)不同集成電路封裝內(nèi)部的組成都基本相同。核心部分是固定在底座上的半導(dǎo)體集成電路小片，稱為管芯，或叫芯片。同時采用內(nèi)引線將芯片上電路引出端與封裝外殼外引線相連。封裝外殼起保護芯片作用，幫助芯片散熱，同時便于實際應(yīng)用。1．集成電路芯片與封裝1．集成電路芯片與封裝(1)集成電路與芯片

金屬封裝(2)集成電路工藝

集成電路制造工藝包括芯片制造（前工序）和組裝（后工序）兩個階段。其中核心部分是芯片制造。1960s晶體管制造采用的平面工藝和外延技術(shù)是半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的重大變革，不但大幅度地提高了分立半導(dǎo)體器件的頻率、功率特性，改善了器件的穩(wěn)定性和可靠性，而且也使半導(dǎo)體集成電路的工業(yè)化批量生產(chǎn)得以成為現(xiàn)實。

雖然平面工藝技術(shù)不斷得到改進，但是目前硅集成電路制造采用仍然的是平面工藝。

可以從不同方面認(rèn)識“平面工藝”。1．集成電路芯片與封裝(1)“選擇性摻雜”2．關(guān)于“平面工藝”

集成電路的重要組成部分是半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體二極管、雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管等。

這些器件內(nèi)部都包括一個或多個pn結(jié)、以及不同層次絕緣層和金屬層。

因此，制造集成電路的核心問題是如何按設(shè)計要求，在半導(dǎo)體材料內(nèi)部的不同區(qū)域形成要求的一個或多個pn結(jié)、以及絕緣層、金屬層。

其中形成pn結(jié)的基本原理是基于半導(dǎo)體物理中介紹的“摻雜”與“補償”進行的“選擇性摻雜”。2．關(guān)于“平面工藝”

在某種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料內(nèi)部，采用“摻雜”的方法摻入n型施主雜質(zhì)或者p型受主雜質(zhì)，則通過“補償”過程，可以改變該區(qū)域的導(dǎo)電類型。

例如，對于n型半導(dǎo)體材料，若通過摻雜使得其中局部區(qū)域摻入的受主雜質(zhì)濃度大于材料中的施主雜質(zhì)濃度，則該局部區(qū)域半導(dǎo)體材料就成為p型，與n型材料之間形成了pn結(jié)。

只要進行多次這種“摻雜”、“補償”，就可以以形成最終的晶體管和集成電路芯片結(jié)構(gòu)。(1)“選擇性摻雜”2．關(guān)于“平面工藝”依據(jù)“摻雜”與“補償”原理，采用“選擇性摻雜”技術(shù)就可以控制在在半導(dǎo)體材料內(nèi)部構(gòu)成pn結(jié)的區(qū)域。

“選擇性摻雜”包括氧化、光刻、摻雜三道工序。

這也是平面工藝中的重要工序。(1)“選擇性摻雜”2．關(guān)于“平面工藝”實現(xiàn)“選擇性摻雜”工藝過程實例：①氧化：在Si表面生成一層SiO2②光刻：在SiO2層上采用光刻工藝刻蝕出一個窗口③摻雜：通過窗口摻入雜質(zhì)，改變局部區(qū)域?qū)щ婎愋?，形成pn結(jié)

對于N型Si襯底，摻入的是p型雜質(zhì)（例如三價元素B）(1)“選擇性摻雜”2．關(guān)于“平面工藝”說明：

為了方便起見，分析器件內(nèi)部工作原理時通常采用剖面圖顯示器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(1)“選擇性摻雜”2．關(guān)于“平面工藝”平面工藝中是采用光刻工藝確定選擇性摻雜的窗口。

器件內(nèi)部不同絕緣層、金屬層的形狀和尺寸也是通過光刻工藝確定的。

因此光刻工藝是平面工藝的核心技術(shù)。

目前表征工藝水平采用的“工藝節(jié)點”，例如28納米工藝工藝節(jié)點、5納米工藝節(jié)點，主要就是反映了光刻工藝水平的高低。3.1.3節(jié)將詳細(xì)介紹工藝節(jié)點的概念以及劃分方法。(2)平面工藝的核心技術(shù)-光刻2．關(guān)于“平面工藝”光刻工藝中確定刻蝕窗口范圍的是“版圖”中的圖形。

集成電路設(shè)計人員完成電路設(shè)計后，還需要將電路設(shè)計轉(zhuǎn)化為“版圖”。

版圖中不同圖形的作用就是確定選擇性摻雜窗口以及不同絕緣層和金屬層的位置、形狀和尺寸。

實際上設(shè)計人員提交給代工廠的是集成電路版圖設(shè)計結(jié)果數(shù)據(jù)文件。

代工廠首先生成光刻用的光刻版，再采用光刻版進行工藝加工，制造芯片。(3)“版圖”是IC設(shè)計和工藝加工之間的橋梁2．關(guān)于“平面工藝”分析問題時，通常都同時顯示器件結(jié)構(gòu)剖面圖以及制造過程中采用的版圖。例如，描述選擇性摻雜形成的pn結(jié)時，采用矩形圖形顯示表面窗口圖形形狀，采用剖面結(jié)構(gòu)圖描述縱向p區(qū)以及n區(qū)范圍。對于集成電路設(shè)計人員，應(yīng)該熟悉理解版圖-剖面圖之間的對應(yīng)關(guān)系，并了解實現(xiàn)的工藝過程。

(3)“版圖”是IC設(shè)計和工藝加工之間的橋梁版圖剖面圖(4)晶圓與芯片2．關(guān)于“平面工藝”在平面工藝中芯片并不是單個加工的，工藝加工的對象是“晶圓”晶圓是硅單晶材料經(jīng)過切片、磨片、拋光，生成的晶片，作為生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的原始襯底硅片。經(jīng)過工藝加工，一個晶片上將同時生成幾百甚至上千個芯片(4)晶圓與芯片2．關(guān)于“平面工藝”晶圓尺寸越大，單片晶