半导体集成电路设计流程

Here we can see the loading of 300mm wafers onto the Paddle.
12 英 寸 氧 化 扩 散 炉 装 片 工 序
12英寸氧 化扩散炉 取片工序 （已生长 Si3N4）
Process Specialties has developed the world's first production 300mm Nitride system! We began processing 300mm LPCVD Silicon Nitride in May of 1997.
非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路。
数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ： 例如 数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等。
按应用领域分类
标准通用集成电路
通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的用量极大
的标准系列产品。这类产品往往集成度不高，然而社会 需求量大，通用性强。 专用集成电路 根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的 集成电路简称ASIC（Application Specific Integrated Circuit)，其特点是集成度较高功能较多，功耗较小，封 装形式多样。
• 现已进入到：
– VLSI – ULSI – GSI
小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) 超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI） VLSI使用最频繁，其含义往往包括了ULSI和GSI。中文中 把VLSI译为超大规模集成，更是包含了ULSI和GSI的意义。

半导体芯片制造工艺流程晶圆加工是半导体芯片制造的第一步，主要是将硅圆片加工成晶圆，晶圆通常使用硅（Si）为基片，通过化学、光学和物理方法对其进行切割、清洗、抛光等工艺，使其表面更加平整、光滑。

曝光是指将设计好的芯片电路图案通过光刻技术印制在晶圆上。

首先使用感光胶涂覆在晶圆表面，然后使用相应的光罩通过曝光机器将芯片电路图案映射到晶圆上。

曝光完成后，通过退胶和清洗工艺将晶圆表面的胶层去除。

清洗是对晶圆表面进行清洁处理，以去除可能附着在晶圆表面的微尘、油污和其他杂质。

清洗工艺主要包括超声波清洗、化学清洗等，这些工艺能够有效地将晶圆表面的杂质清除，以保证芯片制造的质量。

刻蚀是将晶圆表面的材料进行刻蚀处理，以形成电路的结构和形状。

刻蚀工艺一般采用干法和湿法两种方式，干法刻蚀常采用等离子刻蚀（PECVD），湿法刻蚀常采用化学刻蚀（Wet Etching）。

刻蚀工艺是芯片制造中非常关键的工艺环节，能够通过控制刻蚀时间和温度等参数，对晶圆表面进行精确的刻蚀，以形成预定的电路结构。

离子注入指的是将离子注入到晶圆表面，以改变晶圆材料的导电、隔离和其他物理特性。

离子注入通常使用离子注入机，通过加速离子，使其能够穿透晶圆表面，并深入到晶体结构内部。

离子注入后，晶圆的电学性能和物理特性会发生改变。

沉积是在晶圆表面沉积一层薄膜，以增强晶圆的功能和性能。

沉积工艺通常有物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种方式。

其中，物理气相沉积是将金属蒸汽通过高温和高真空状态沉积到晶圆表面；化学气相沉积则是通过将气体反应在晶圆表面生成所需的薄膜。

陶瓷制造是指将晶圆切割成单个的芯片，并在芯片表面上进行焊接和封装。

这个过程主要包括切割、背面研磨、背面腐蚀、表面成形和背面蚀刻等步骤。

陶瓷制造是构成芯片最核心的工艺环节之一，能够保证芯片的完整性和可靠性。

封装是将制造好的半导体芯片封装成可供使用的集成电路。

封装主要是将芯片连接到引脚上，并采用适当的封装材料将其封装。

半导体集成电路封装与测试工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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集成电路生产工艺：制膜
物理气相淀积（PVD）
PVD技术有两种基本工艺：蒸镀法和溅镀法。前 者是通过把被蒸镀物质(如铝)加热，利用被蒸镀 物质在高温下(接近物质的熔点)的饱和蒸气压， 来进行薄膜沉积；后者是利用等离子体中的离子， 对被溅镀物质电极进行轰击，使气相等离子体内 具有被溅镀物质的粒子，这些粒子沉积到硅表面 形成薄膜。在集成电路中应用的许多金属或合金 材料都可通过蒸镀或溅镀的方法制造。 淀积铝 也称为金属化工艺，它是在真空设备中进行的。 在硅片的表面形成一层铝膜。
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集成电路生产工艺
前部工序的主要工艺
1. 图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上 的图形转移到半导体单晶片上
2. 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需
要的位置上，形成晶体管、接触等 3. 制膜：制作各种材料的薄膜
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集成电路生产工艺
图形转换： 光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束 光刻 刻蚀：干法刻蚀、湿法刻蚀 掺杂： 离子注入 退火 扩散 制膜： 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 CVD：APCVD、LPCVD、PECVD PVD：蒸发、溅射
炉退火 快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、 非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、 红外设备等)
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集成电路生产工艺：制膜
氧化工艺
氧化膜的生长方法，硅片放在1000C左右的氧气气氛中生长氧化层。
干氧氧化：结构致密但氧化速率极低
湿氧氧化：氧化速率高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜
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集成电路生产工艺 杂质掺杂：扩散
替位式扩散 低扩散率 杂质离子占据硅原子的位置（Ar、P） 间隙式扩散 高扩散率 杂质离子位于晶格间隙（Au、Cu、Ni）

目录一、版图设计流程二、设计要求三、原理图设计与绘制四、原理图仿真五、版图设计六、DRC验证七、实训心得体会一、版图设计流程：二、设计要求：（说明：A,B是输入脉冲，CP是控制信号，即输出）当CP是高电平时，Y截止；当CP是低电平时，Y=A+B）三、原理图设计与绘制：1、启动程序。

双击VMWARE软件，打开终端，在界面上输入icfb, 然后回车，进入软件工作区域；2、新建库文件。

在icfb-log界面上：file/new/library,设置库名，不需要技术文件；3、新建原理图。

File/new/cellview/creat new file 窗口：设置library name,cell name,view name,tool:compose schematic.然后点击确认；4、输入原理图。

(1)格点设置.options/display/grid control/dots,分别设置minorspacing ,major spacing,width,length；(2)象限选择。

鼠标左键点击一下当前页面即可选择输入原理图所在象限。

通过上下左右键可以调整当前象限状态；(3)输入：Add/instance/browse从library/analoglib,category/everying,cell/nmos,view/symbol，回到原理图输入界面，单击左键即出现nmos晶体管。

循环操作，将所需器件一一选择并放好。

输入信号引脚用pin按钮，在引脚上加标号时，用wire name按钮；（4）编辑元器件。

a、电源VCC.add/instance/Vdc,输入以后定义直流电压为5V,并将Vdc接地和电源；b、输入信号。

DC V oltage:5V,自己设定Pulse time，Period time.要求输入信号A,B和控制信号CP的脉冲要使输出端Y的现象明显才行；c、晶体管。

如NPN，将其定义为nvn，并定义长和宽。

从整个集成电路范畴讲，除半导体集成电路外，还有厚膜电路与薄膜电路。
①厚膜电路。以陶瓷为基片，用丝网印刷和烧结等工艺手段制备无源元件和互连导线，然后与晶体管、二极 管和集成电路芯片以及分立电容等元件混合组装而成。
发展趋势Βιβλιοθήκη 就lC产业技术发展的实际情况来看，lC集成度增长速度的降低，并不会导致微电子行业的停滞不前，IC产业 可以在产品的多样性方面以及产品性能方面实现现代化发展。随着IC产业的不断发展，IC产品能够更加满足市场 的实际需求，IC产业设计人员可以结合行业客户的实际需求来对IC产品进行设计和制造，进而推出多样性的IC产 品，并确保其功能得到一定程度的优化。与此同时；IC产业发展过程中可以致力于降低现有工艺设备的制造成本， 从而促进IC产业的平衡稳定发展。从另一角度来看，IC集成度增长速度的降低，促使计算机系统和软件开发人员 有更多的时问和精力去研究IC产品，完善IC产品性能。
在所述半导体衬底上有：设置在所述电路块边缘的多个焊盘和从所述电路块延伸至所述焊盘之间的多条布线； 所述多个焊盘跟半导体集成电路装置的外部引线连接，且所述多条布线是在所述半导体衬底的主面上设有另一电 路块时，用以跟来自该另一电路块的布线连接的布线，做成具有能够与来自该另一电路块的布线连接的形状。
半导体集成电路是电子产品的核心器件，其产业技术的发展情况直接关系着电力工业的发展水平。就总体情 况来看，半导体产业的技术进步在一定程度上推动了新兴产业的发展，包括光伏产业、半导体照明产业以及平板 显示产业等多种，促进了半导体集成电路产业上下游产业供应链的完善，并在一定程度上优化了生态环境。因此 加强半导体集成电路产业技术的研究和探索，具有重要的现实意义。
这个三维网络可以有各种不同的电路功能和系统功能，视各层的拓扑图形和工艺规范而定。在一定的工艺规 范条件下，主要由各层拓扑图形控制，而各层的拓扑图形又由各次光刻掩膜版所决定。所以光刻掩膜版的设计是 制造集成电路的一个关键。它从系统或电路的功能要求出发，按实际可能的工艺参数进行设计，并由计算机辅助 来完成设计和掩膜版的制造。

第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 引言 4.2 集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS工艺流程 4.4 设计规则 4.5 CMOS反相器的闩锁效应 4.6 版图设计
第五章 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS管逻辑电路 5.2 静态CMOS逻辑电路 5.3 MOS管改进型逻辑电路 5.4 MOS管传输逻辑电路 5.5 触发器 5.6 移位寄存器 5.7 输入输出（I/O）单元
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
第六章 MOS管数字集成电路子系统设计 6.1 引言 6.2 加法器 6.3 乘法器 6.4 存储器
6.5 PLA 第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
7.1 引言 7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件 7.3 MOS模拟集成电路基本单元电路 7.4 MOS管集成运算放大器和比较器 7. 5 MOS管模拟集成电路版图设计 第八章 集成电路的测试与可测性设计
1.2 集成电路的发展
1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标 （1）集成度（Integration Level）
集成度是以一个IC芯片所包含的元件（晶体管或门/数）来 衡量（包括有源和无源元件）。随着集成度的提高，使IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、体积 和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能/价格比，不断扩 大其应用领域，因此集成度是IC技术进步的标志。为了提高集成 度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设 计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构。硅晶片集 成（Wafer Scale Integration -WSI)和三维集成技术也正在研 究开发。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集 成或片上系统（SoC）的时代。

终于有人讲透了芯片设计流程！（电子人必读）芯片，指的是内含集成电路的硅片，所以芯片又被称集成电路，可能只有2.5厘米见方大小，但是却包含几千万个晶体管，而较简单的处理器可能在几毫米见方的芯片上刻有几千个晶体管。

芯片是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。

一、高大上的芯片设计流程一颗芯片的诞生，可以分为设计与制造两个环节。

芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出想要的IC 芯片，然而，没有设计图，拥有再强大的制造能力也无济于事。

在IC 生产流程中，IC 多由专业IC 设计公司进行规划、设计，像是联发科、高通、Intel 等知名大厂，都自行设计各自的IC 芯片，提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。

所以，IC设计是整个芯片成型最重要的一环。

先看看复杂繁琐的芯片设计流程：芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出必要的IC 芯片（这些会在后面介绍）。

然而，没有设计图，拥有再强制造能力都没有用，因此，建筑师的角色相当重要。

但是IC 设计中的建筑师究竟是谁呢？接下来要针对IC 设计做介绍：在IC 生产流程中，IC 多由专业IC 设计公司进行规划、设计，像是联发科、高通、Intel 等知名大厂，都自行设计各自的IC 芯片，提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。

因为IC 是由各厂自行设计，所以IC 设计十分仰赖工程师的技术，工程师的素质影响着一间企业的价值。

然而，工程师们在设计一颗IC 芯片时，究竟有那些步骤？设计流程可以简单分成如下。

1、设计第一步，定目标在IC 设计中，最重要的步骤就是规格制定。

这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间、浴室，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后在进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。

IC 设计也需要经过类似的步骤，才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。

（Finish Goods）入库所组成。

半导体器件制作工艺分为前道和后道工序，晶圆制造和测试被称为前道（Front End）工序，而芯片的封装、测试及成品入库则被称为后道（Back End）工序，前道和后道一般在不同的工厂分开处理。

前道工序是从整块硅圆片入手经多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性。

后道工序是从由硅圆片分切好的一个一个的芯片入手，进行装片、固定、键合联接、塑料灌封、引出接线端子、按印检查等工序，完成作为器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性，并便于与外电路联接。

1.半导体制造工艺和流程1.1晶圆制造晶圆制造主要是在晶圆上制作电路与镶嵌电子元件（如电晶体、电容、逻辑闸等），是所需技术最复杂且资金投入最多的过程。

以微处理器为例，其所需处理步骤可达数百道，而且所需加工机器先进且昂贵。

虽然详细的处理程序是随着产品种类和使用技术的变化而不断变化，但其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗之后，接着进行氧化及沉积处理，最后进行微影、蚀刻及离子植入等反复步骤，最终完成晶圆上电路的加工与制作。

1.2 晶圆测试晶圆经过划片工艺后，表面上会形成一道一道小格，每个小格就是一个晶片或晶粒（Die），即一个独立的集成电路。

在一般情况下，一个晶圆上制作的晶片具有相同的规格，但是也有可能在同一个晶圆上制作规格等级不同的晶片。

晶圆测试要完成两个工作：一是对每一个晶片进行验收测试，通过针测仪器（Probe）检测每个晶片是否合格，不合格的晶片会被标上记号，以便在切割晶圆的时候将不合格晶片筛选出来；二是对每个晶片进行电气特性（如功率等）检测和分组，并作相应的区分标记。

1.3 芯片封装首先，将切割好的晶片用胶水贴装到框架衬垫（Substrate）上；其次，利用超细的金属导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘连接到框架衬垫的引脚，使晶片与外部电路相连，构成特定规格的集成电路芯片（Bin）；最后对独立的芯片用塑料外壳加以封装保护，以保护芯片元件免受外力损坏。

半导体芯片价格降低
20世纪50年代： 晶体管技术 20世纪60年代： 工艺技术 20世纪70年代： 竞争 20世纪80年代： 自动化 20世纪90年代： 批量生产
21世纪： 器件进入规模时代和智能时代
前道工序（Front End）制程 晶圆处理制程（Wafer Fabrication；
简称 Wafer Fab） 管芯中测（Wafer Probe）；
2000
50mm 100mm 125mm 150mm 200mm
300mm
2′ 4′
5′ 6′
8′
12′
在国内也不是很普及。
不同尺寸的硅片—从开始生产 —到生产高峰 — 再到逐步淘汰的生命周期
100mm 1975年
150mm 19831年4年
200mm 1987年
300mm 20年 1995年
10年 1984年 9年 20年
是为了制作电路的保护层，避免电路受到机械 性划伤或高温破坏。也有不做封装就使用的。
从环境、用途、成本考虑。 用户市场的需求
MOS型
双极型
PMOS型 NMOS型 CMOS型
饱和型
非饱和型
BiCMOS TTL IIL ECL/CML
一 双极型工艺： A 在每个器件间要做隔离区（PN结隔离、全介质隔
离及PN结、介质混合隔离） ECL （非饱和型） （不掺金） 、TTL/DTL （饱和 型） 、STTL （饱和型） B 在元器件间自然隔离 IIL（饱和型）
超净间：洁净等级主要由 灰尘颗粒数/m3
0.1µm 1级 35 10 级 350 100级 NA 1000级 NA
0.2µm 0.3µm 7.5 3 75 30 750 300 NA NA