半导体集成电路设计和工艺

半导体集成电路设计和工艺

王东洁

浙江芯晖装备技术有限公司 314400

摘要：在实际应用中， IC具有性能稳定，体积小，可靠性高等优点，并已在计算机，通信设备，电视等领域得到了应用；在远程控制等方面，但是，传统的 IC设计方法，已经不能适应现代社会的发展需要，因此，在这个基础上，要创造出一个良好的工艺发展空间；在芯片的开发过程中，要注意芯片的设计过程的优化和改进，使芯片的开发过程处于最优的阶段。

关键词：半导体；集成电路；设计；工艺；

引言

在 CMOS工艺发展的大背景下， CMOS集成电路已被大量采用，虽然至今已有95%以上的集成电路采用 CMOS工艺，但随着64 kb DRAM的不断发展，集成电路的小型化设计正日益受到重视。因此，以此为基础，为了跟上集成电路时代的发展步伐，应该重视在当前集成电路设计过程中，从微电路、芯片等角度着手，对集成电路展开改进与优化，并将小型化设计的优势凸显出来。

1.集成电路的发展

自从1947年出现第一个点触型晶体管以来，集成电路的发展已经从小型化、大型化到超型化；包括超大规模的集成、大规模的集成等。1952年，英国皇家雷达·埃斯特伯里（RoyalRadar Establishment）首次提出了“IC”概念。在1965年，英特尔公司的共同创始人戈登· E·摩尔预测了集成电路的发展：集成电路的集成程度在3年内将会增加4倍。每隔三年，集成电路的特性就会减少一倍。在集成电路快速发展的这个时期，晶体管数量将以每两年增加一倍的速度增长，而微处理器的效能将以每三年增加一倍的速度增长。从集成电路发展的历史来看，集成电路技术在过去的半个多世纪中，无疑是发展最快的技术。同时，集成电路技术的应用范围，也将从原来的领域扩展到了更广阔的范围。随着时间的推移，集成电路的应用越来越广泛，集成电路的应用也越来越广泛。因此， IC的设计和生产工艺也进入了一个新的阶段。

2.集成电路制造原则

在设计时，应将系统连接、安全隔离等安全措施纳入其中，以确保系统安全，共振装置应与旧产品或同类其他产品相匹配，并做好抗静电工作。

2.1实战服务

设计与制造集成电路应该与国家相关部门的规定、要求相契合，使效能提升、手段完善，在各个环节当中最大限度地发挥系统环保功效。

2.2节约资源

集成电路应最大程度地整合目前已有的系统资源，使网络和通信设备得到最大程度的利用，实现信息数据的高效共享，树立实用性和经济性的观念；防止重复设计和生产的发生。

2.3可持续发展

快速的技术发展，加上工厂的扩张，使得 IC的设计和生产，需要以实际应用为基础，着眼未来；新建立的体系必须符合体系的扩充、升级、调整的要求，与其他体系可以兼容，具有可持续发展的能力。

3.当前集成电路设计方法

3.1全定制设计方法

IC，是利用光刻，扩散，氧化等操作方式，将半导体，电阻，电容，电阻，或其他。在网络通讯、计算机和电子技术等方面，它是由一个很小的硅制成的，它是由一个很小的硅制成，并装在一个管壳里。而在集成电路的设计流程中，要想创造出一个好的电路设计环境，就必须重视运用完全自定义的设计方式，也就是在进行集成电路的实际设计环节时，利用布局编辑工具来进行；半导体元件的图形，尺寸，连接；控制好位置等每个设计环节，最后通过版图布局、布线等，达到元器件组合、优化目的。在器件的电路参数优化方面，遵循“自由格式”的布线原理，以符合集成电路微型化的实际应用要求，并采用简洁的方式，对各器件之间的连接线路进行合理的布置，从而达到降低芯片体积的目的。

3.2半定制设计方法

在应用的过程中，需要借助原有的单元电路，并且要注意在集成电路优化的过程中，要从单元库中选择合适的电压或压焊块，以自动化的方式对集成电路进行布局、布线，并获得掩膜版图。比如，在专用集成电路 ASIC的设计过程中，为了降低成本投入，就使用了半定制的设计方法。与此同时，还注意将门阵列的设计理念融入到半定制的设计方式中。将多个器件按照一定的顺序排列，并以门阵列的形式排列，进而以线路连接的形式构成一个统一的电路单元，并保证各个单元之间的一致性。而在半定制集成电路设计的过程中，也可以采用标准的单元设计方法，也就是要求相关的技术人员在集成电路设计的过程中，应该使用版图编辑工具来操作集成电路，并与电路单元的版图相结合；将集成电路操作环境进行连接，布置，使集成电路设计中的布线率达到100%。

4.集成电路制造工艺

4.1生产晶圆

半导体材料是由单晶构成的。半导体材料主要是以大块状、多晶型、不掺杂为主要特征的元素为主。结晶成长是指以适当的结晶取向及适当的 N或 P型掺量，将多晶块体转化为大的单晶。直接拉伸与区熔是两种不同的生长方式。晶体的形成过程比较简单，也比较常见。若将某些糖晶适当地添加到最后要汽化的饱和溶液中。因此，糖晶的功能就是充当其他糖类分子沉淀的“种子”。最终，这颗晶石就会变得很大。结晶的增长，即使是缺乏足够的晶种，也会有一些细小的、杂乱无章的结晶。将无用的晶核区进行压制，可使晶种得到更大更完善的结晶。

4.2光刻

光刻是一种结合了图象复制与化学刻蚀的精细表面处理技术。而光刻的目的，就是要在硅片或者金属片上，对着与掩模版一模一样的几何图案，进行选择性的扩散，然后再将金属片连接起来。在集成电路制作中，光刻技术是一种非常复杂、非常重要的技术。光刻技术是集成电路制造微型图像结构的一项重要技术，通常情况下，光刻技术的应用越广泛，其制造过程也就越复杂。而且，光刻处理的丝线愈细，则表示其制程水准愈高。光刻机的运行对电源的品质要求很高，目前 FLUKE公司生产的“5700”系列产品，在1 MHz时，该产品的最大输出电压也就是20 V左右，并且具有一定的负载性。由于负载容量的影响，在1 MHz时，感应式感应式和脱离式感应式电流测量网的漏电真实值分别为32安培和77安培，而TOS3200的分辨率为1安培；其中，分辨力的引入对人体阻抗网络的影响分别为3%、1.3%，其中10%为人体阻抗网络的误差上限，而采用感应感应电流法测试的漏电，则表明分辨率引入的误差仅为人体阻抗网络的1/3，无法满足实际测试需求。因此，对于1 MHz以上的高频高压电源，其最大输出电压需要增加，负载容量也需要增加。因此，本文提出了一种新的方法来测试该阻抗网络测试方法，并将其应用到漏电测试中。针对这一问题，本项目拟研制1 MHz宽频恒流源，通过研究直流-1 MHz宽频恒流源的测量方法，将宽频恒流源的高频恒流源直接输入到一个仿生阻抗网络中，从而实现对其特性的评估。光刻电流幅度溯源分为两个阶段，中国计量所已经实现了直流至200 kHz的电流幅度溯源，但200 kHz至1 MHz的电流幅度溯源问题还没有得到有效解决。

5.结束语

集成电路具有较高的性能，且其质量和体积较小，因而自问世以来就备受青睐，并迅速得到普及。IC的设计技术与制造工艺的进步提升了IC芯片的整体性能。但市场需求的不断改变使得IC的设计与制造面临着新的困难，相关的设计技术、制造的工艺、使用的机械设备等，皆需要继续完善、改进，从而促进集成电路产业的新发展。

参考文献

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