半导体到底是什么?如果你不知道,你不是一个人。对于几乎所有的电子设备来说,这是我们最常问的问题。
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半导体或集成电路(通常称为ic或芯片)的制造过程通常由数百个步骤组成,在此过程中,集成电路的数百个副本在一个晶圆上形成。
通常,该过程涉及在晶片上创建8至20,并且通常更具图案化层,最终形成完整的集成电路。该分层过程在半导体晶片表面上产生(互连)电气有源区域。
硅片制造
半导体制造始于晶圆的生产,即直径从6英寸到12英寸不等的半导体材料的薄圆片。最终的晶圆约为15密耳厚。这些材料主要是硅;然而,砷化镓、碳化硅、锗和其他物质也经历类似的过程。纯净的多晶硅是从沙子中制造出来的,沙子是地球上最丰富的材料之一,被加热成熔融液体。在一个类似于反复将蜡烛芯浸入蜡中制作蜡烛的过程中,将一小块固体硅(种子)浸入熔融液体中。当种子慢慢地(通过机械方法)从熔体中取出时,液体迅速冷却形成单晶锭。
然后将该圆柱形晶锭研磨成均匀的直径。一颗钻石锯片将锭切成薄晶片。然后通过一系列机器加工切割晶片,在那里它们被研磨(光学)光滑且化学抛光。
现在可以将晶片送到晶片制造区域Fab,其中它们被用作制造集成电路(IC)的基础。
任何半导体制造业务的核心是晶圆厂,集成电路是在晶圆上形成的。制造过程是在环境控制的洁净室中进行的,涉及一系列重复的原则步骤,如下所述。通常需要10-30天,但通常更长的时间,以完成制造过程。
热氧化- 使用高纯度去离子水和各种低颗粒化学物质预先清洁 - 必须用于高产生产。将硅晶片加热至约1000℃并在氧化炉中暴露于超纯氧。在精心控制的条件下,在晶片的表面上形成均匀厚度的二氧化硅绝缘体膜。
图案化- 在另一个过程中使用锯割保护晶片的一个区域。该过程称为光刻。光致抗蚀剂,光敏膜旋涂到晶片上,使其具有与摄影膜类似的特性。A(微)对准器将晶片对准到玻璃掩模,然后通过掩模突出强烈的紫外光,将光致抗体与掩模图案暴露,从而将图像从掩模转移到光敏膜中。
蚀刻- 然后开发晶片图像(就像照片负面)。曝光的光致抗蚀剂化学除去并烘烤以硬化剩余的光致抗蚀剂图案,现在不再是光敏的。然后将其暴露于化学湿溶液或等离子体(气体放电),从而蚀刻蚀刻未被硬化的光电抗蚀剂覆盖的区域。现在使用湿或等离子体化学除去剩余的光致抗蚀剂。光学检查晶片以确保从掩模到顶部硅层的图像转移是正确的,然后继续下一步。
掺杂/扩散-比硅少一个电子(如硼)或比硅多一个电子(如磷)的原子被引入到通过腐蚀过程暴露的区域,以改变硅的电特性(导电性)。这些区域分别称为p型或n型,反映了它们的导电特性。
完整的前端层- 重复上述步骤:重复热氧化,掩蔽,蚀刻和掺杂步骤,直到完成最后一个“前端”层(所有有源器件已经形成)。
介电沉积和金属化- 使用一系列交替的金属沉积,介电膜,具有它们各自的图案化的“前端”完成“前端”的完成“前端”(如在PC板上)相互连接。电流半导体制造包括多达5至7个金属层,用于逻辑,更少的存储器,由介电层(绝缘体)分开。
钝化-在最后一层金属成型后,最后一层绝缘层(钝化)被沉积下来,以保护电路免受损坏和污染。在这层薄膜上蚀刻开口,以便稍后通过电探针和随后的金属键连接进入顶部金属。
电气测试-an自动,计算机驱动的测试系统检查晶片上每个芯片的功能。未通过测试的芯片标记为自动拒绝。对于更简单的设备,使用机械探头。
组装-钻石锯把晶圆切成单个芯片。尺寸可以从1 × 1毫米到10 × 10毫米不等。不合格的芯片被丢弃,剩余的芯片在包装前在高倍显微镜下目视检查。
然后将每个芯片组装成适当的封装,该封装为芯片提供接触导线。在一种互连方式中,电线粘接机将电线连接到包的引线上,而电线的宽度只有人的头发的一小部分。封装的芯片在交付给客户之前再次测试。或者,该芯片可以在陶瓷封装中组装,用于某些高性能的应用。
300mm的晶圆片直径为12英寸。当使用一个1平方厘米的芯片时,一个300毫米的晶圆包含大约706个芯片。300mm晶圆的面积是200mm晶圆或8英寸的2.25倍,更高的洁净室利用率,降低了缺陷密度,从而降低了模具成本。它的制造成本也低得多。
测量:
微米:微米是公制的线性度量单位,等于百万分之一米。一根头发的直径大约是100微米。今天的半导体线蚀刻在0.048微米。
纳米:一纳米是公制的线性度量单位,等于十亿分之一米。半导体行业现在使用纳米而不是微米,因为转换更容易,因为它不需要小数。例如,0。13微米等于130纳米。
什么是摩尔定法?
1965年,就在第一个平面集成电路被发现的四年后,戈登·摩尔做出了他著名的观察。媒体称其为“摩尔定律”,这个名字就沿用至今。在他的原始论文中,摩尔观察到每个集成电路的晶体管数量呈指数级增长,并预测这种趋势将继续下去。
戈登·摩尔是谁?
Gordon E. Moore目前是Intel Corporation的名誉主席。摩尔于1968年共同创立英特尔,最初担任执行副总裁。他于1975年成为总裁兼首席执行官,直到1979年当选为董事长兼首席执行官。他一直担任首席执行官直到1987年,并于1997年被任命为名誉主席。
摩尔因其“摩尔定律”而广为人知,在该定律中,他预测,在计算机芯片上所能放置的晶体管数量每隔几年就会翻一番。1995年,他将自己的预测更新为每两年一次。尽管最初是作为经验法则在1965年提出的,但它已成为行业的指导原则,以按比例降低成本的方式提供更强大的半导体芯片。
Moore在加州大学伯克利分校获得化学学士学位,在加州理工学院获得化学和物理博士学位。1929年1月3日,他出生于加利福尼亚州旧金山市。
他是吉利德科学公司(Gilead Sciences Inc.)的董事,国家工程院(National Academy of Engineering)的成员,IEEE的成员。Moore还任职于加州理工学院的董事会。1990年,布什总统授予他国家技术奖章。
2002年11月,SIA荣幸地授予Gordon E. Moore博士第一个SIA终身成就奖。
基于季节性需求和业务模式,半导体行业的月度销量往往在一季度和全年内部波动。SIA使用三个月的平均水平作为“平滑技术”,以避免在单个月看数据时避免混淆,这可以使数据看起来与销售尖刺和从月份掉落时陷入困境。
3G / 4G
第三代和第四代无线移动通信网络的行业术语。
A / D
模数转换器。该设备是所有数字成像系统用来从电视摄像头获取真实世界图片,例如进入计算机。
适配器卡
电路板或数据终端设备(DTE)中的其他硬件,可为通信网络提供物理接口。
模拟信号
模拟是一种连续的信号,测量功能难以破坏数字组件,例如压力,温度,电压,电流和空气和水流。该电路用于涉及声音(无线电,电视)和压力的产品(汽车气囊,防抱死制动器)。
埃
一米的一百亿分之一有些薄片只有100埃厚。
ASIC.
应用专用集成电路。旨在满足客户的特殊要求,而不是普通目的半导体的DRAM或微处理器。
专用集成电路
旨在满足客户的特殊要求,而不是普通目的半导体的DRAM或微处理器。
组装
半导体制造中的一个步骤,芯片(芯片)要么封装在塑料、陶瓷或其他封装中,要么直接组装在印刷电路板上。
ASSP
特定于应用程序的标准产品。一种集成电路,为单一应用程序执行各种功能。
带宽
从载波上的最高频率与最低频率之间的差异导出的模拟测量。还用于描述可以通过给定通信电路发送的数据量。
BiCMOS
双极互补金属氧化物半导体。这种相对较新的工艺在同一芯片上结合了双极和CMOS技术,产生了具有两种技术优点的产品。
二进制
只有两个状态的特征,例如电流接通和电流。二进制数系仅使用Zeros。
双相
一种以速度著称的晶体管,在这种速度下,传导电子和空穴的流动决定了器件的特性。
位
二进制数字
所有数字通信的基本单位。一点是二进制语言的“1”或“0”。
Bluetooth™
由爱立信、TBM、英特尔、诺基亚和东芝于1998年创立的蓝牙个人区域网络(PAN)技术。它是一个开放的标准,用于移动和桌面设备之间的数字语音和数据的短程传输。
宽带
最初描述了模拟电路的频率带宽。这个术语已经演变为指定56 KBps,然后是1.5 Mbps的能力。
巴基球*
一个由60个碳原子组成的球体,排列得像一个足球。巴克敏斯特富勒烯的流行名称(以球型圆顶的发明者巴克敏斯特富勒命名)。这种纳米结构的独特性质可能在纳米技术中有用。
字节
一种由八位组成的数据单位。
计算机辅助设计
计算机辅助设计。用于设计集成电路芯片的复杂,计算机化工作站和软件。
CDMA
码分多址(Code Division Multiple Access),也称为扩频(Spread Spectrum),是一种数字扩频蜂窝电话服务的术语,它将一种编码分配给所有的语音位,然后将编码后的语音通过空气进行加密传输,再将其重新组合成原始格式。CDMA的容量是模拟蜂窝服务的20倍,并以其卓越的通话质量和较长的电池寿命而闻名。
芯片
一种单独的集成电路,位于硅片上的一个微小的、分层的矩形或正方形内。
洁净室
制造芯片的无菌室。这些房间里的空气比典型的医院手术室里的空气要干净几千倍。
电路板
与印刷电路板相同。一种带有微处理器、晶体管和其他电子元件的电路板。也叫电路卡。
互补金属氧化物半导体
互补金属氧化物半导体。在同一电路设计上结合正、负通道晶体管。CMOS电路消耗相对较低的功率。
缺陷
一种降解产品的化学或结构不规则性。缺陷会随着时间的推移而影响产品或干扰正确制造芯片。缺陷的常见原因是来自皮肤或化妆品的薄片,并且来自一个人的喷嚏的液滴。
数字
用离散(非连续)值的数字表示信息的方法,通常表示为二进制数字(1和0)的序列。
死
从制造它的晶片切割的单个集成电路(或芯片)。
数字蜂窝
蜂窝通信技术。通过模拟技术的容量传输数字数据,由于拥挤继电器在电池和连接问题之间传递时,信号的显着较低,损耗/中断。
DSL
数字用户线。一种比普通拨号调制解调器提高普通电话线数字速度的技术。提供对称和不对称操作。非对称版本(ADSL、RADSL、VDSL等)提供了比上游更高的下行传输,更适合互联网使用和视频点播应用。对称DLS (HDLS, SDSL, IDSL等)在两个方向上提供相同的速度。所有DSL在电话公司的中心办公室和客户站点之间都有大约2到3英里的距离限制。
数字信号处理(DSP)
数字电路旨在解决传统上通过模拟组件解决的信号接收和分析中的广泛问题。DSP用于通过分析和转换波形(例如,通过调制解调器通过电话线传输数据)来增强,分析,滤波,调制或以其他方式操纵标准模拟功能,例如图像,声音,雷达脉冲和其他此类信号。
二极管
一种信号和开关装置,它允许电流向一个方向流动,并阻止电流向相反的方向流动。用途:调节负载电压。
分立器件
一种包含一个有源元件的器件,如晶体管或二极管,尽管混合电路可能包含一个以上的有源元件。相比之下,一个集成电路可以在一个芯片上包含数十亿的活性元件。
动态随机存取记忆体
动态随机存取存储器。一种内存组件。“动态”表示设备的存储器单元必须定期再充电。存储在存储器单元中的信息随机访问。内存是大多数电子产品的关键组件。
兴奋剂
一种晶圆制造工艺,在硅暴露的区域用化学杂质轰击以改变硅在这些区域导电的方式。
电子束
电子束是指一种产生电子流的机器,这种电子流可以被用来将光阻剂直接暴露在晶圆或掩模上。电子束光刻是一种微缩印刷技术。
eepm
电子可擦除可编程只读存储器。
嵌入式处理器
一种控制其产品功能的计算机芯片。虽然嵌入式处理器有时是指简单电子玩具中使用的芯片类型,“谈论”贺卡和类似的消费产品,它们也是高功能的微控制器,这些微控制器是激光打印机等产品的大脑。
腐蚀
去除所选择的材料部分以在芯片上定义图案化层。
EPROM.
可擦可编程只读存储器。允许存储的信息被暴露在紫外线下擦除。
以太网
一种局域网,用于连接同一公司内的计算机、打印机、工作站、终端、服务器和其他计算机硬件。以太网通过双绞线和同轴电缆以每秒1000万比特(Mbps)的速度运行。
极端的紫外线技术
一种通过制造带有凹面镜和凸面镜的透镜来延长紫外线光刻的技术。这种制造方式可以使透镜聚焦在小到无法平版的芯片上。
工厂
制造设施或Fab是制造工厂,完成在硅晶片上制造半导体的前端过程。包装和组件(后端)阶段通常在其他设施中完成。
制程
一家没有晶圆制造能力的半导体公司。
闪存
一种更快的EPROM形式,允许更多的擦除/写周期。Flash存储器允许大量的非易失性程序存储器。
重点中心
焦点中心研究项目有六个焦点中心,它们是大学中心,领导着一个由其他大学组成的联盟,研究半导体技术的长期发展所面临的特殊挑战。
铸造
一家在晶圆上制造半导体芯片的工厂。通常用于表示在合同基础上可用的设施,这些公司没有自己的晶圆FAB能力,或希望补充自己的能力。
砷化镓
砷化镓。用于制造光电器件和高频IC的III-V复合半导体材料。GaAs具有比硅更高的电子迁移率,从而具有产生更高速度器件的能力。III-V是指周期表的第三和第五列。
门阵列
semi-custom芯片。该集成电路被预处理到第一互连级。其余的互连是定制的,以满足客户的特定要求。
集成电路
集成电路。蚀刻或印上网络或电子元件(如晶体管、二极管和电阻及其互连)的芯片。
IEEE.
电机和电子工程师协会。电子工业的世界范围的工程出版和标准制定机构。
集成电路(IC)
许多有源或无源元件被制造并连接在一个连续的基片上的半导体芯片,而不是像晶体管、电阻、电容和二极管那样单独存在的分立器件。
离子Implatation
转换芯片表面的一种方式。它是触发晶片表面的带电原子的束的方法。这些离子的高能量允许它们渗透硅以产生所需的掺杂效果。
ITRS.
国际半导体技术路线图。ITRS是一项国际努力,涉及行业、政府和学术专家,以确定必须克服的技术障碍,以继续半导体技术的进步。
局域网
当地的区域网络。一种通信网络,由服务器、工作站、网络操作系统和通信链路组成,为有限地理区域内的用户服务。
引线框架
一种压印或蚀刻的金属框架,通常通过电线粘接连接到模具的粘接垫上,为封装的电气设备提供外部电气连接。
长度尺度*
物体的大小范围;例如纳米级,毫米级。
光刻
词根“litho”意为“石”,“graph”意为“书写”。光刻是将图案或图像从一种介质转移到另一种介质,如从掩模转移到晶圆片。如果用光来实现转移,则适用“光刻法”这一术语。“微光刻”是指应用于具有千分尺范围内特征的图像的工艺。
大规模集成电路
大规模集成。把成千上万个晶体管放进一个集成电路的艺术。
计
英尺约等于3.3英尺的一种计量单位
宏观蜂箱
类似于标准单元格但更大。宏单元包含可以选择和布置以更容易地通过设计更容易地创建定制或半定制集成电路的预定义的电路元件。设计师建立ASIC使用宏和标准单元格。
微控制器
微控制器是一种独立的设备,它在电子系统中执行计算机功能,而不需要其他支持电路。微控制器包含记忆功能,不像微处理器;它通常与提供内存的芯片配对。微控制器用于电视、录像机、微波炉和汽车发动机。
微米
百万分之一米制线性度量单位,等于一米的百万分之一或毫米的千分之一比纳米大一千倍。一根头发的直径大约是100微米。现在的半导体的线条蚀刻在0.065微米。
微型外部
一种用微控制器或微处理器工作的装置。微外设用于调制解调器、综合业务数字网(ISDN)和以太网线路,用于打印机、计算机鼠标和键盘等成像设备。
微处理器
一种制造在一个或多个芯片上的中央处理单元(CPU),包含计算机处理数据所需的基本算术、逻辑和控制元件。微处理器也指接受编码指令、执行指令并发送描述其内部状态的信号的集成电路。
毫米*
千分之一米。大约4/100英寸。
混合信号
传统上被认为是模拟半导体的一类集成电路。它们也可以被定义为任何结合了模拟和数字电路的电路,包括许多asic和dsp。
分子电子学*
任何具有原子精度的纳米级电子设备的系统,特别是由离散的分子部件而不是当今半导体设备中所发现的连续材料制成的系统。
摩尔定律
1965年,英特尔(Intel)联合创始人戈登•摩尔(Gordon Moore)曾预测,可以压缩到芯片上的晶体管数量(和容量)每18个月将翻一番。他认为,如果这一趋势继续下去,每一代芯片的计算能力都将呈指数级增长。他发表的观察至今仍然有效。
场效应晶体管
金属氧化物半导体场效应晶体管。一种由于其绝缘而不需要像双极型器件那样大的功率的器件。这个术语既可以用于集成电路中的晶体管,也可以用于分立功率器件。mosfet比双极器件更容易制造,是制造CMOS芯片的一个构建块。
纳米晶体*
一种纳米级的晶体,其大小、形状和原子组成被仔细控制以产生特定的特性,如对特定波长的光的吸收。
纳米
米线性度量的公制单位,等于十亿分之一米今天的前沿半导体的线宽为65纳米。
纳米级*
纳米技术专家所研究物体的大小范围。
纳米技术*
能够看到、测量和制造像原子和分子一样微小的物体。纳米技术领域可以被定义为0.1纳米(大约一个氢原子的大小)和100纳米(大约一个病毒的大小)之间。
纳米管*
一种纳米尺寸的管,但通常指的是碳纳米管。这些比钢更坚固、更轻的电子管在计算机、材料制造和生物技术领域的应用中可以具有不同的电气性能。
非易失性内存
断电时保存其内容的存储设备。使用磁盘或磁带的存储通常是非易失性的。一些半导体存储器(ROM, EPROM, Flash memory)是非易失性的,而其他半导体存储器(静态RAM和特别是动态RAM)通常是易失性的,但可以通过永久连接(可充电)电池制成非易失性存储器。
NMOS
负通道金属氧化物半导体。NMOS是1970年代和1980年代初制作领先芯片的首选技术。
光电子学
光波一种能响应、发射或改变光波的装置例如led、光耦合器、激光二极管和光电探测器。
包装
电子元件或模具的保护容器或外壳,带有外部端子,为内部元件提供电气接入。封装提供电源和信号的分配,功率耗散,以及物理和化学保护的电路。
PCB.
印刷电路板。安装电子元件的平面材料。还提供连接元件的电气通路。
PDA
个人数字助理
骑士
可编程逻辑设备。一种数字集成电路,可由用户编程来执行各种逻辑操作。fpga和cpld是pld的类别。
量子点*
一种纳米晶体,根据其大小可以发出不同颜色的光。它们可以用来标记不同的生物结构。
内存
随机存取存储器。可以以任何顺序写入或读取任何地址位置。RAM也称为读/写存储器,它临时存储数字位,并可根据需要迅速改变。RAM构成了计算机的基本读写存储单元。
射频
无线电频率。音频范围内的电磁频率和可见光下方的电磁频率的爆发。所有广播传输,从AM收音机到卫星,落入这个范围,在30kHz到300GHz之间。
罗
只读存储器。永久存储重复使用的信息,如数据表、电子显示字符等。一种被称为PROM的流行类型是在编程设备的帮助下在现场可编程的。存储在ROM中的程序数据通常被称为固件。
路线图
一份关于半导体行业需求、潜在解决方案及其时机的国际参考文件。它确定需求并鼓励创新的解决方案来应对未来的技术挑战,并持续强调获取一致的行业驱动因素、需求和技术时间表。
自我复制*
复制能力一个实体如活细胞复制自己的能力理论上,纳米技术专家可以发明自我复制的设备。
自组装*
物体将自己组装成有序结构的能力。这是一种在活细胞中常见的特性,纳米技术可以扩展到无生命的物质。
半导体
这是可以控制电信号流的离散设备和集成电路的通用名称。硅是制造半导体的基本材料。
信号处理
增强物理或电现象表现的电子功能。温度、压力、振动、加速度和流量等物理特性都依赖于信号处理增强。射频、x射线或超声波能量的探测和转换为图像和声音是信号处理的另一种形式。
固态
是指结晶材料的电子性质,而不是传输电力的真空和燃气管。与早期的真空管装置相比,固态部件较小,更便宜,更可靠,使用更少的功率并产生更少的热量。
静态存储器
静态随机存取存储器。是一种集成电路,类似于DRAM,不需要不断刷新或充电。只要给计算机通电,它就能保存所存储的信息,加快信息检索过程的时间。与ROM相比,SRAM仍然是不稳定的,当电源关闭时将丢失其内容。SRAM通常比DRAM快,但由于每个比特都需要几个晶体管,所以每比特的成本通常更高。它用于计算机或其他电路中速度最关键的部分。
标准电池
可以选择和布置的预定义电路元件,以更容易地通过设计来创建定制或半定制集成电路。设计人员使用标准单元构建ASIC。
底物
集成电路的主体层或基础层,在其上沉积其他层以形成电路。衬底通常是硅,虽然蓝宝石也被用于某些应用,特别是在抗辐射很重要的军事领域。该衬底最初是晶圆的一部分,从其上切割出模具。它被用作电路的电地。
同步加速器
用于生产高能X射线的设备,可以在芯片上忽略诸如100纳米的芯片上的功能。
芯片上的系统
一种独立系统的芯片,包括处理、存储和输入输出功能。
晶体管
电子管一种类似真空管的能放大电子信号的电子设备,但由硅或锗等半导体材料制成
超大规模集成
非常大规模的整合。把数十万个晶体管放在一个四分之一英寸的集成电路上的艺术。
芯片厂
一个俚语,指生产硅晶圆的超干净工厂。
晶圆
硅片一种通常为10-30密耳厚的薄片,从直径通常为6 - 8英寸的极纯的晶体硅的圆柱形锭(圆)上锯下来在制造过程中,芯片阵列或分立器件在晶圆中制造。
x射线光刻技术
将图形转移到硅片上的光刻工艺。使用的电磁辐射是x射线,而不是可见辐射。
屈服
成品率是指硅片上无缺陷晶片或通过所有器件规格的封装单元的百分比或绝对数量。由于加工一个10%好模具和90%好模具的晶圆成本是一样的,所以消除缺陷和提高成品率成为决定每片成本的关键变量。