集成电路论文

专用集成电路综述

摘要：

自1958年美国TI公司试制成功第一块集成电路（Integrated Circuit, IC）以来，IC技术的发展速度令人瞠目。IC的生产已经发展成为新兴的支柱产业，并且继续保持着迅猛发展的势头。IC按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。

关键字：集成电路IC 产业

引言：

专用集成电路是为特定用户或特定电子系统制作的集成电路。对集成电路设计工程师来说，现在虽然不需要去关心具体的集成电路工艺制造细节，但了解不同工艺的基本步骤、不同器件的特点和基本电路形式还是非常必要的。中国的集成电路产业经过4年的发展，在规模和技术上都已跨上了一个新台阶，成为有一定规模的高成长性产业。

一、集成电路的发展

集成电路的发展经历了一个漫长的过程：1906年，第一个电子管诞生；1912年前后，电子管的制作日趋成熟引发了无线电技术的发展；1918年前后，逐步发现了半导体材料；1920年，发现半导体材料所具有的光敏特性；1932年前后，运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象；1956年，硅台面晶体管问世；1960年12月，世界上第一块硅集成电路制造成功；1966年，第一块公认的大规模集成电路制造成功；1988年：16M DRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管；1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺；2009年：intel 酷睿i系列全新推出，采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。由此集成电路从产生到成熟大致经历了如下过程：

电子管——晶体管——集成电路——超大规模集成电路

二、集成电路制备过程

1、衬底材料的制备

任何集成电路的制造都需要衬底材料——单晶硅。通常，常见的单晶硅制造有两种主要的方法：悬浮区熔法和直拉法，这两种方法制成的单晶硅具有不同的特点，并且具有不同的用途。

（1）悬浮区熔法

在悬浮区熔法中，使圆柱形硅棒固定于垂直方向，用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。然后将在多晶棒与籽晶

间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步向上移动，将其转换成单晶。（2）直拉法

在单晶硅生长中用到的材料是电子级多晶硅，它从石英（SiO2）中提炼出来并被提纯至99.999999999%纯度。在一个可抽真空的腔室内置放着一个由熔融石英制成的坩埚，多晶就装填在此坩埚中，腔室回充保护性气氛，将坩埚加热至1500°C左右。接着，一块小的用化学方法蚀刻的籽晶(直径约0.5cm,长约10cm)降下来与多晶熔料相接触，籽晶必须是严格定向的，因为它是一个复制样本，在其基础上将要生长出大块的，称为晶锭（boule）的晶体。

2、光刻工艺

在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻是所有四个基本工艺中最关键的。光刻确定了器件的关键尺寸。

3、刻蚀

刻蚀工艺主要包括湿法刻蚀与干法刻蚀。

（1）湿法刻蚀法

湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀

（2）干法刻蚀法

干法刻蚀种类很多，包括光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。

4、剥离技术

剥离技术的工艺流程：首先，涂厚光刻胶并形成所设计的图案；其次，再使用蒸发技术淀积一层金属薄膜，蒸发的一个特点是对高纵横比的图形覆盖性差。若光刻胶显影后得到一个凹的刨面，便会导致金属条断线；硅片浸到能溶解光刻胶的溶液当中时，直接淀积在硅片上的金属线将会被保留下来，淀积在光刻胶上的金属线将会从硅片上脱离。

三、MOS集成电路

MOS集成电路是以金属-氧化物-半导体（MOS）场效应晶体管为主要元件构成的集成电路，简称MOSIC 。

按晶体管的沟道导电类型，可分为P沟MOSIC、N沟MOSIC 以及将P沟和N沟MOS晶体管结合成一个电路单元的互补MOSIC。随着工艺技术的发展，P阱或N阱CMOS已经发展到双阱CMOS 工艺。

其优点有：

①制造结构简单，隔离方便。

②电路尺寸小、功耗低适于高密度集成。

③MOS管为双向器件，设计灵活性高。

④具有动态工作独特的能力。

⑤温度特性好。其缺点是速度较低、驱动能力较弱。一般认为MOS集成电路功耗低、集成度高，宜用作数字集成电路；双极型集成电路则适用作高速数字和模拟电路。

参考文献：

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【2】孙肖子，专用集成电路设计基础，西安电子科技大学出版社，2011

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