半导体制造技术-半导体天地

1、精品文档 半导体制造技术-半导体天地半导体论坛 1.扩散工艺的性能指标有哪些啊 主要是方块电阻和结深，这两个指标达到了，其他的方面也就满足要求了 多晶硅的方块电阻和结深 对于生产线来说，主要监控片内和片间的均匀性和方块大小，结深测试是破坏性的仅有在开发阶段进行验证 正常只要方阻和片内及片间的均与性，测试结深一般需要破坏圆片的，正常是在试验期做，批量生产时也可以利用陪片来测量。 片子的均匀性是指电阻分布的均匀性，RS测量包括49个点及9点的测量类型，均匀性就是这49个点或9点的电阻的均方差 3.为什么注入的深，方块电阻小？ 注入菜单 仅能量不一样。 谁来说说？ 一直没明白。 是因为注入的浅点的话

2、，退火时外扩散，剂量损失？ 载流子浓度越大，电阻低。 可以想象成导线直径越大，电阻越小 就是注入越深PN结就越窄 以前在书上有看到过关于注入时浓度最高的地方不是在最上和最底下是在靠中间的位置，这样分析的话可能深度越深的话高的浓度越易产生吧，不敢肯定是这样有问题大家指正哈！ 注入相同剂量,注入能量越大,激活后纵向分布越宽广,区域浓度变淡,相应的迁移率变大,综合下来电阻变小. RS=P(resisitivity)/t(thickness) 深度增加，RS减小 注入相同剂量,注入能量越大,激活后纵向分布越宽广,区域浓度变淡,相应的迁移率变大,综合下来电阻变小. 例举一下吧，你扩散的越深，载流子越多，

3、导电性越强，电阻自然会变小了 4.设备 AP和LP炉管的区别 AP表示常压process,LP表示低压下process AP有reactive tube,通常gas由上至下流下經由控压至exhaust LP gas由下往上流.經由pump抽真空作process. AP制程是靠晶片本身氧化作用 LP制程是GAS反映depo在晶片上. APCVD是常压CVD, 好像没有炉管可以做APCVD的， LPCVD是低压CVD,一般process时压力达到200mmtor，水平或垂直炉管都可以实现，有PUMP抽气，APC实现压力的控制 AP 管主要是thermal 和 氧化SI SUBSTRACE 长OX

4、而LP 管主要是通过反应在SI 上面长film 5.氧化层厚度如何控制好? 我觉得只能是试验的问题了,多试几次,保证重复性. 炉管温度是能稳定得很好的,气流流量自然也能控制得比较好.每次氧化这两个量都能比较好的重复. 推进和拉出的时间也要每次一致. 所能做的就是降低氧化速度,这样的话控制起来会更容易一点,不过就增加了时间,高温过程时间变长是很不利的.所以就中和考虑一下,在能容忍的时间范围内尽量降低氧化速度. 个人意见,不知道对不对, 6.另外还有个问题,在掺杂的硅片上为什么掺B氧化层厚度与Rs成反比,而掺P的成反比! 分凝系数不一样,B趋向于向氧化层混合,而P趋向于远离氧化层,至于为什么分凝系

5、数不一样,就从材料内部Si和二氧化硅的晶格结构上解释 简单说:就是长氧化层后,B有一部分会向氧化层中扩散,而P向背向氧化层扩散 sio2会排磷吸硼 因磷和硼分子大小不同，穿透oxide的能力不同，亦即主要穿透方式不同(P motion by vacancy ; B motion by interstitialcy) 对呀,硼的分凝系数(杂质在硅中的平恒浓度/杂质在二氧化硅中的平恒浓度)m1.不过真的有正反比的关系吗 7.求教:二氧化硅问题(隔离机制) 我看到一篇关于二氧化硅的材料: 1,若杂质比硅更可溶于氧化物,则杂质氧化过程中会迁移到氧化物中,如硼.相反,杂质更易溶于硅,氧化界面会把杂质推移

6、到硅中.如磷.在硅-二氧化硅界面会有较高浓度.也就是所谓的隔离机制(亲硼排磷)吧. 2,杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡杂质向半导体中扩散的能力. 请问这两者有矛盾吗? 没矛盾啊,隔离主要发生在interface,而后面的扩散是指在si或者sio2内的. 是呀,我问过公司前辈了.阻挡层主要是注入时的屏蔽作用.扩散隔离机制是在si或者sio2内时,才考虑分凝系数的. 在Si和SiO2界面，B会向SiO2和Si两个方向扩散，但B在SiO2中的扩散系数、固溶度比P等其他元素大，所以这种分凝系数就大，在考虑浓度时就要考虑B在SiO2中扩散的那一部分，相

7、对没有氧化层的浓度低很多。 而P在界面处也会向Si和SiO2两个方向扩散，但P在SiO2中的扩散系数、固溶度都比B小，分凝系数就小，相对在Si中就多，就得到高浓度。 我觉得是两钟概念的混淆。1、溶解度 2、扩散系数。 B在SiO2中的溶解度高 并不表示扩散系数高。 在Si和SiO2界面，B会向SiO2和Si两个方向扩散，但B在SiO2中的扩散系数、固溶度比P等其他元素大，所以这种分凝系数就大，在考虑浓度时就要考虑B在SiO2中扩散的那一部分，相对没有氧化层的浓度低很多。半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺支工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda

8、,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fablessf%M!D6BV6f4 而P在界面处也会向Si和SiO2两个方向扩散，但P在SiO2中的扩散系数、固溶度都比B小，分凝系数就小，相对在Si中就多，就得到高浓度。 8.大家是如何监控氧化炉管的片间均匀性和片内均匀性的？ 我们的干氧和湿氧都是LOAD，CENTER，SOURCE各取一片测中心点来监控厚度的，RANGE就是所测点最大值减去最小值。但是如果炉管的温度不均匀，那么这种监控方式就会把一些

9、异常疏漏过去了。请问各位DIFF的达人是怎么做监控的，谢谢赐教！ 另外请问各位有没有对炉管的各个点的温度进行校准？使用什么办法来确定炉管各个点的温度是正常的？ 其实不论是否在炉管的load和source端放上石音buffer, 或是在test run的时候在三端放上C/W去monitor厚度, 其前提都是炉管的SPIKE和PROFILE控温要正常; 所以, 先要确定T/C是在正常工作的, 然后通过profile程式进行温度校正. 如果T/C正常, 做profile校正结果也正常,那我这边的建议是可以看看LOAD的位置是不是可调. 楼上说的对 9.氧化膜质量评价 二氧化硅主要参数：密度；折射率；

10、电阻率；介电强度；介电参数；缺陷密度；厚度；厚度均匀性主要还看你们做的东西主要都需要啥，有侧重点 SiO2 的质量检查主要关注以下几点： 1、C-V 测试监控可动电荷 2、SPV 测试监控少子寿命 3、GOI 测试监控氧化层击穿情况 以上几点如果都OK 的话，那长出来的氧化层绝对OK ，特别是最后一项 10.Sputter 有关AMAT的centura和endura设备home robot问题 Home 过程： 向后缩，直到撞到Hard stop 再向前伸200Steps 旋转,直到Lower driver找到HOME点 driver(extension driver)旋转,直到找到HOME点

11、,这个过程中只有Upper driver动,Lower driver不动 个Driver都找到HOME点,ROBOT自然就到HOME点了 11.弱弱的请教个问题：什么是闭管扩散，什么是开管扩散，它们有什么区别？ 炉内抽成真空的是闭管，像LPCVD，一般的都是开管 呵呵 闭管扩散就是wafer进入到炉管以后是一个完全封闭的状态 或是真空状态，或是惰性气体填充状态， 状态达到以后不再与外界有联系的一种扩散方式 开管就不用说了吧？ 主要是炉管尾端密封的措施不同，半导体炉管一般是闭管扩散，太阳能一般要求没有这么严格，你看后面shutter上和quarts密封的有没有oring就能分辨出来 12.美国应

12、用材料宣布投产新型RTP装置“Vulcan”。这款装置主要面向28nm以后的工艺，采用从晶圆背面进行加热的方式，提高了加热时的温度均匀性。 随着微细化的发展，晶体管对工艺温度依赖性越来越高。也就是说，RTP的温度不均会直接导致晶体管的性能不均。为了解决这个问题，应用材料开发出了面向28nm以后工艺的新型RTP装置。原来的装置从晶圆表面照射用于加热的灯光，而此次的装置则改为从背面照射。由此，可以抑制因晶圆表面的图案形状等而产生的温度不均。另外，还配备了可在室温到1300的范围内，通过闭环实现动态温度控制的机构。 据应用材料介绍，此次的RTP装置在通过蜂窝灯阵列以200度/秒的速度对晶圆进行加热时

13、，可将芯片内的温度均匀性控制在3以内。另外，从晶圆表面进行加热的传统方式，在改变芯片制造种类时，需要根据芯片对RTP的工艺处方进行改变和优化，而此次的方式则省去了这个步骤。可以说，这个优点在制造品种繁多的硅代工等领域尤其有用。 13.绝顶高手来帮忙 AMAT 30mm RF power apex 3013诡异问题 各位老大，巨侠， 我们的机台是 300mm Applied Materials Producer CVD systems。今天 使用 中2个 的 RF power AE APEX 3013 报警 powerlimit！ 换上 3个备机才好 诡异问题来了，但是换下的两个在其他机台上面正

14、常工作， 因为这个power基本上是国内最先进最 复杂的RF系统而且 是使用无比 复杂的 switched match 来匹配的。 我接入50 dummy load测试，输出无比诡异！power limit ，反射功率为 0 ？！这是什么现象？ 到底什么坏了？ RF power ？ 还是chamber ？请各位终极高手出手点播下。小弟狂谢！ 还有， 这个该死的match 在哪里呀？ amkst 发表于 2016-1-3 12:19:29 1 你有试过较小功率也会报警吗？ 2 power supply 和rf match之间连接好吗？ amkst 发表于 2016-1-3 12:25:24 1

15、有没有试过较小功率宣布投产新型RTP装置“Vulcan”。这款装置主要面向28nm以后的工艺，采用从晶圆背面进行加热的方式，提高了加热时的温度均匀性。 随着微细化的发展，晶体管对工艺温度依赖性越来越高。也就是说，RTP的温度不均会直接导致晶体管的性能不均。为了解决这个问题，应用材料开发出了面向28nm以后工艺的新型RTP装置。原来的装置从晶圆表面照射用于加热的灯光，而此次的装置则改为从背面照射。由此，可以抑制因晶圆表面的图案形状等而产生的温度不均。另外，还配备了可在室温到1300的范围内，通过闭环实现动态温度控制的机构。 据应用材料介绍，此次的RTP装置在通过蜂窝灯阵列以200度/秒的速度对晶

16、圆进行加热时，可将芯片内的温度均匀性控制在3以内。另外，从晶圆表 面进行加热的传统方式，在改变芯片制造种类时，需要根据芯片对RTP的工艺处方进行改变和优化，而此次的方式则省去了这个步骤。可以说，这个优点在制造品种繁多的硅代工等领域尤其有用。 15. 我们现在用LPCVD，用TEOS热分解生成二氧化硅片子，为什么只有头和尾片子长膜，而中间不长？谢谢 炉体坏了么？有没有检查温度？ 厚度很均勻又厚的時候沒有彩色的色差,約在3%.有可能一下子看不出來有膜. 前後氣流較不均勻,易產生色差. 滴一滴HF在表面就知道有沒有膜了.用橢偏儀也是一種選擇 温度过高,流量过小 layout 有问题？BCD半导体 B

17、CD半导体 高亮度LED驱动 1 内容介绍 qLED灯介绍 qLED驱动驱动需求与BCD驱动方案qAC/DC LED驱动方案 qDC/DC LED驱动方案 2 各类光 效 3 灯光源的发展展望 4 LED 驱动需求 大功率LED趋势: LED电流(20mA 至2A)、高效率( 60-200 lumens/W)、亮度可调等BCD驱动方案 LED的驱动需求BCD的应用方案应用领域 灯饰、照明等90264VAC的输入电压范AP3706 围，恒流驱动，热保护温度； 补偿等AP3101+AP4313 6VDC to 36VDC 的输入电 压，低待隙基准以减少电流 AP3003 检测损耗； to 5VDC

18、的输入电AP3605；AP3602 压；极低的待机功耗；AP3029；AP3019PWM调整亮度；小尺寸、AP3009；AP3008高集成度，好的散热能力等车载等手电筒、手机、GPS、DPF、MP3等 5 AC/DC LED驱动方案应用 6 AC/DC LED驱动方案-AP3706 特点 前端反馈，无须光偶，节省成本采用低成本的三极管替代MOSFET采用的PFM的工作方式内置的过流、过压保护功能；采用抖频技术抑制EMI ；符合绿色节能要求，空载输入功率小于; 应用 灯饰、照明等GU10E27等规格灯杯PAR30PAR38等规格灯杯 GU10灯杯E27灯 杯PAR30灯杯景观 灯投射灯柱灯 7

19、与匝比决定输出电压 与匝比结合决定输出电流 8 115W LED应用电路 9 AP3706 应用于 GU10/E27 (3W LED)-1GU10的原 理图 10 AP3706 应用于 GU10/E27 (3W LED)-2 11 AP3706 应用于PAR30/PAR38 (7W/10W LED)-1 PAR30/PAR38 原 理图 12 AP3706 应用于PAR30/PAR38 (7W/10W LED)-2 12345677891011121314151617 C1C2C3C4C5C6C8C9D1D2D3D4D5D6D7L1Q1 /400V330uF/50V330uF/200220p1

20、00nSR260FR107IN4007IN4007IN4007IN4007 13 18192021222324252627282930313233 FR1R1R2R3R5R6R7R8R9R10R11R13R14R15R16T 1Ohm/ Demo 变压器匝比及感量：Nau44T Np120T Lp=Nfb14TNs 30T AP3706 应用于13W LED (13v/1A)-1 DEMO板外观 Vout (V) Iout (A) 规格要求及技术指标 输出V/I曲线图 14 AP3706 LED 应用测试报告 输出电压电流波形 输出电压纹波波形 Efficiency(%) Input Powe

21、r (W) Line Voltage (V) Line Voltage (V) 效率波形 输入功率曲线(空载条件) 15 AP3101 LED驱动应用 特点 具有跳频功能的电流控制性PWM控制IC； 低启动和工作电流30A/3mA内置的过流、过压保护功能；内置同步斜率补偿功能；具有UVLOLEB功能;外置可设的工作频率; 应用 大功率灯饰、照明等路灯、大功率射灯等 ; 16 AP1661 Lighting应用 特点 具有更强的抗ESD(3kV HBM and 300V MM) 低启动电流,典型值50A;图腾柱式输出600mA源电流和800mA的Sink电流能力;驱动能力可达300W; 应用 较

22、高功率灯饰、照明等 17 AP1661 与L6561/L6562参数对比 18 AP1661 与L6562 THD 值的对比 AP1661 的THD 与L6562 兼容 19 其他AC/DC LED Lighting应用产品-AP4313 优势 恒压恒流控制； 内置高精度电压基准 (精度: 1%);封装小(SOT-23-6)，可以节省更多空间 应用 恒压恒流控制开关电源充电 器 AS358 AS431 AP4313 + = 20 其他AC/DC LED Lighting产品应用-AP3700优势 具备跳频能力的电流控制型IC； 具有抖频技术以抑制减少EMI; 内置短路保护UVLO功能； 工作频

23、率可达60KHZ,实现E极驱 动；应用 14W的LED Lighting 射灯类21 其他AC/DC LED Lighting产品应用-AP3710优势 具备跳频能力的电流控制型IC； 低启动工作电流: mA 具有抖频技术以抑制减少EMI; 内置短路保护UVLO功能； 工作频率可达60KHZ,实现E极驱动,驱动 电流能力可达900 mA;应用 615W的LED Lighting PAR30PAR38等 草坪灯等22 DC/DC LED驱动方案23 AP3003 驱动方案应用特点 输入电压最高可达40V； 输出驱动电流可达3A； 低功耗待机模式，IQ典型值 80A ； 内置限流保护和过温关断输出

24、保护功 能； TTL控制能力(ON/OFF);如何降低取样电阻功耗？恒压到恒流的转化应用 指示灯 矿灯 车载类灯等24 Thanks ! Q&A25半导体和超导体 达标训练 基础巩固 1.半导体不宜制作 A.电阻 B.导线 C.晶体三极管 D.集成电路 解析：半导体有一定的电阻，用作导线易发热. 答案：B 2.用超导体不能制作的电器有 A.电炉 B.发电机 C.电动机 D.计算机 解析：超导体无电阻，不产生热. 答案：A 3.若常温下的超导体能研制成功，它适于做以下哪些元件 A.保险丝 B.输电线 C.电炉丝 D.电磁铁 解析：保险丝和电炉丝应用电流热效应.用超导体无法工作. 答案：BD 4.

25、街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实行了自动控制，这是利用半导体的 A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三种特性都利用了 解析：半导体的电阻变化引起灯的亮、灭. 答案： B 综合应用 5.超导现象是当今高科技的热点.当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流并且对磁体有排斥作用，这种排斥作用可以使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车利用的就是这种原理.那么超导体产生强大电流的原因是 A.超导体中磁通量很大 B.超导体中磁通量的变化率很大 C.超导体中电阻极小 D.超导体中电压很大 解析：磁悬浮列车需要强大的电流，只能利用超导体电阻小

26、的特性维持电路中的电流. 答案：C 6.如图14-3-5所示，已知R1为半导体热敏电阻，R2与R3是普通电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明 图14-3-5 A.环境温度升高 B.环境温度降低 C.环境温度不变 D.都有可能 解析： 灯泡变暗，灯泡中的电流变小， R1变大，说明环境温度降低. 答案：B 7.如图14-3-6所示，如果用超导体作灯丝制作电灯泡，把这样的电灯泡L和一个小阻值的电阻R串联接到电源电压恒为U的电路中，则下列说法中正确的是 图14-3-6 A.通过灯泡的电流I=U/r，因为R很小，所以I很大，灯泡就很亮 B.灯泡两端的电压大于零 C.因为超导转变温度很低，当有电流通过灯丝时，

27、灯丝会发热，使超导体变为普通导体 D.超导灯丝不会发热，灯泡也不会亮 解析：超导没有电阻，不发热，灯泡不亮. 答案：D奇妙的半导体 三年以前，莫斯科附近的一个工厂制造出了一批非常轻巧的发电器，它可以方便地套在煤油灯的玻璃灯罩上面，不用笨重复杂的机器设备，也不用燃料，只靠煤油灯的热，就能发出电来足够一架普通的收音机的应用。去年，苏联的有些城市的街道上，出现了这样一种路灯，这种路灯没有什么电线通向电源，可以说是自己就会发光的。而且天一暗下来自己就会自动发光，照明街道，天亮了也会自动“关上”，不用人管理。更有趣的，还出现了一种没有真空管的收音机，只有一两斤重，小得可以放到口袋或衣袖里去，用起来真是像

28、小笔记本那么方便。不论你走到那里，就是到了荒山或沙漠地带，只要你高兴，就可以拿出来听北京的广播，莫斯科的音乐。说到这里，或许读者要问，怎么会出现这样的“奇迹”呢？原来，科学家们发现了某些物质的特性，利用这些物质就可以发电不用机器，可以自动控制机器，可以用来代替无线电的电子真空管，还可用来作其他许多奇妙的东西。这些物质就叫做“半导体”。什么叫半导体？把物体分为导体与非导体是很早以前的事了。谁都知道，能导电的铜、银等金属元素叫做导体；玻璃、木头、橡皮等物质不能导电，就被称为非导体。半导体是介於导体与非导体之间的物质，既不像导体那样容易导电，又不像非导体不能或者说几乎不能导电。像矽、钥、碲、硼、砷、

29、磷以及不少的氧化物与硫化物都是半导体。目前应用最普遍的和最重要的是：稀有金属“锗”和世界上数量最多的“矽”。半导体所以能够创造许多奇迹，不仅因为它的导电能力介於导体与非导体之间，更重要的是它的导电能力与光和热有着极其密切的关系。当半导体的温度增高或受光线照射较强时，它的导电能力就显著增加；反之，温度降低或光线照射较弱时，半导体的导电能力就急剧减少。而导体与非导体则没有这种特性。这也就是半导体不同於其他物质的最主要的特性。为什么半导体的导电能力介於导体与非导体之间？为什么会因光和热的变化而改变自己的导电能力呢？原来，任何物体都是由许许多多原子构成的。每个原子都是由一个原子核和围绕着原子核转动的一

30、定数量的电子组成。在非导体中电子和原子核结合得非常牢固；而在导体中，几乎全部电子与它的原子核结合很不牢固，甚至能离开原子核而自由地在导体内跑来跑去。这种电子叫做“自由电子”。所谓电流现象，就是许多电子顺着一定的方向流动。所以，当两个不同电压的电极中间连以导体，导体中的“自由电子，”就向一定方向移动，把电由一极导向另一极，这就是产生了电流。如果连以非导体，因为没有“自由电子”就没有电子的移动，也就没有电流现象。导体所以能导电，非导体所以不能导电，道理就在这里。半导体中的电子与原子核的结合既不像导体那样松弛自由，也不像非导体那样牢固。因而它们的导电能力也就介於导体与非导体之间了。我们知道，任何物体

31、内的原子都是不停地振动着；物体受光和热多时，原子振动剧烈，受光和热少时则振动缓慢。当半导体中的原子在光和热的影响下振动剧烈时，它们周围的电子就互相碰撞，有些电子与原子核结合得不甚牢固，於是就被撞出来成为“自由电子”；在受到光和热较少时，原子振动缓慢，就很少有电子被撞出来。这就是为什么半导体因光与热的强弱多寡而增加或减少导电能力的缘故。导体中本来就有自由电子，光与热对它的影响不大；非导体中的电子与原子核结合得非常牢固，不管原子振动怎样剧烈，电子也很难被撞出来。所以它们就没有或者极少随着光热的变化而改变自已导电能力的特性。根据这些特性，就可以让半导体帮助我们做许许多多的过去不能做的事情。发电不用机

32、器在任何一个发电站里，不论它的动力是水力、火力还是原子能，都要具有庞大复杂的机器设备。可是，半导体却帮助我们不用机器也能够来发电。我们把两块半导体用导线连接起来，把其中一块加热，於是这块半导体内就产生了很多“自由电子”，与未加热的一块，就形成了一个电位差，这样，温度高的那块半导体内的“自由电子”，就向温度低的那块半导体流去，电流就产生了。我们只要把两块半导体的另外两端装上电极联以导线，并保持这两块半导体之间的温度差，这一些简单的东西就成为一个完整的半导体发电器了。利用半导体来发电，会使整个电力工业引起革命。首先，我们能够直接利用热能来发电，实现了许多年来的萝想。过去，工厂里的热能有80从锅炉的

33、烟囱中逃逸出去，要是利用半导体就可以把这些热能变成电能。其次，“半导体发电器”不需要火力发电那样的锅炉、输机等一套庞大的机器，使发电成本大为降低。而且这种“半导体发电器”特别方便，最轻巧的可以放到一盏煤油灯的灯罩上，利用煤油灯散发出来的热发出的电力足够供给一架收音机的使用。苏联已经大量生产这种精巧的发电器了。光与热一样，对半导体是有影响的，因而使我们有可能直接利用太阳光来发电了。目前已有这样的半导体，在阳光照射之下，每一平方公尺大小就能发出50100瓦的电力，能够点亮一盏五十支光的电灯。用半导体制成的路灯，在白天能把太阳光变成电能储蓄起来，到晚上就用这些电能来照明，使整个城市大放光明。半导体通

34、电后，一端就强烈地发热，另一端却冷得结冰，所以半导体可以制成装置简单经久耐用的电冰箱，它耗电极少，效能很大。这种装置与暖气设备结合起来，不用烧锅炉，一年四季可以自动地调节室内的温度，夏天变得凉爽，冬天温暖如春。灵敏的“电眼”我们只知道电会发光发热，难道电还会看东西吗？真的，电也会“看”东西的。我们现在已经可以根据半导体跟热和光有极其密切的关系这个特性用来制造极其精密的仪器和自动控制装置了，事实上这种仪器和自动控制装置在某些方面比人眼的本领还要大得多呢！我们知道，肿瘤在目前仍然是严重威协人类生命的疾病之一，其主要原因是病人在生病初期，毫无征象；虽然肿瘤部分的温度稍微有些增高，但是病人根本觉察不出

35、来，一般的温度计也量不出来。而当病人感到有病的时候，往往已到了病情严重难以医治的程度。现在利用半导体做成的只有针头大小的温度计，却完全可以测量初期肿瘤的些微温度变化，因而能使病人得到及时治疗。这种温度计非常非常灵敏，就是一度的百分之几的温度变化也能测量出来，这是因为半导体对热有极其强烈的反应，即使些微的温度变化，也能引起半导体内电流强度的变化的缘故。 选用半导体灯等 环保不仅是政治家、企业家的事，也事关每一个普通人。让我们从身边的细微小事做起吧，有时，需要的仅仅是改变一下你的习惯而已。 选用半导体灯 半导体技术将引发继微电子革命之后的又一场照明革命，其标志是采用半导体发光二极管为新光源的半导体

36、灯的使用，目前我国市场已经有半导体灯销售，价格也十分便宜。这种灯将逐步替代传统的白炽灯和荧光灯。有数据显示：同样亮度下，半导体灯耗电量仅为白炽灯的十分之一，寿命却是白炽灯的50100倍。针对我国来说，如果每年有10的传统光源被半导体灯代替，可节电约90亿度，相应减排二氧化碳864万吨。 合理使用风扇 你知道吗，电扇的耗电量与扇叶的转速成正比，同一台电风扇的最快档与最慢档的耗电量相差约40。在大部分的时间里，中、低档风速足以满足纳凉的需要。有数据显示：以一台功率为60瓦的电风扇为例，如果使用中、低档转速，每年夏季过后可节电约度，相应减排二氧化碳千克。中国约有亿台电风扇，如果都采取这一措施，那么每

37、年可节电约亿度，减排二氧化碳108万吨。 使用再生纸 再生纸从原料上来看其80来源于回收的废纸浆，从能源的角度看，有数据显示：用原木为原料生产1吨纸，比生产1吨再生纸多耗能40。使用1张再生纸可以节能约克标准煤，相应减排二氧化碳克。如果将全国2的纸张使用改为再生纸，那么每年可节能约万吨标准煤，减排二氧化碳万吨。 责任编辑赵柠 半导体发展 半导体制程的魔法 1 序言 现代半导体制造技术可以一直追述到1959年，当时，仙童公司和德州仪器同时发明了全新概念的集成电路?通过一种特殊的平面处理技术让硅晶体管大批量集中在同一块芯片上，而不是像仍前那样只能进行单个晶体管的生产组装，由此诞生了集成电路和半导体

38、芯片的概念。集成电路的出现让半导体工业界发生重大的变革，计算机的运算性能和存储容量突飞猛进，并带动周边产业迅速发展。1964年，仙童公司创始人之一的摩尔博士再作统计图表中发现一个奇特的规律?集成电路上能被集成的晶体管数目，在过去一直以每18个月翻一番的速度稳定增长。据此结果摩尔预言，未来数十年内半导体技术仌将保持着这样的势头发展，这个预言被后来集成电路的发展证明，而它也被称为“摩尔定律”。1968年，摩尔与诺依斯、葛罗夫一道离开了仙童公司创办大名鼎鼎的英特尔，在英特尔进军X86微处理器领域之后，摩尔定律被英特尔奉为企业发展的灵魂所在，并严 格按照这个规律对半导体技术进行升级。 回顾这段历史，无

39、非是要向大家介绍半导体制造技术的起源。我们不可能仍40年前的制造技术开始一直讲到现在，对大家来说，所熟知的制造技术应该是仍微米开始，到1999年的微米、2001年的微米、xx年的90纳米，以及xx年将要引入的65纳米制造工艺。在这个过程中，英特尔始终是领先了一步，IBM、摩托罗拉、AMD、TI、富士通、台积电、联电等半导体企业一直都是落后了半拍。但它们对于新工艺的转换同样十分积极，虽然这些企业目前刚刚开始过渡到90纳米阶段，但新一代的65纳米技术同样处于开发阶段，有望在未来一两年内投入实用中。于 是，半导体工业界将迎来全新的65纳米技术，而它将与双核心处理器 一道成为IT界的又一次盛宴。 导入

40、新工艺的三大理由 半导体的工艺进步主要体现在线长的不断缩短上，所谓线长指的是芯片内各个硅晶体管连接导线的宽度。线宽越小，芯片的集成度就越高，同样面积的芯片内可以容纳下更多的晶体管，与之对应，晶体管自身的尺寸也相应的缩小。根据目前半导体制造产业的惯例，每隔两年，半导体芯片线宽都会减小30%。那么，这种改变究竟可以带来多少实质性的好处呢？ 更高的芯片集成度 最直接的好处就是可以让芯片的集成度大大增加。我们知道，为了获得更高的性能，芯片内容纳的晶体管数会变得越来越多。对CPU而言，便是运算核心的增强和缓存单元的增大。第一代Willamette核心的Pentium 4只有4200万个晶体管，转变到No

41、rthwood核心之后提高到5500万个，而到了现在的Prescott核心，晶体管总数达到1亿2500万个。至于下一代的Yonah双核心处理器，晶体管规模将突破3亿个。为了尽可能提高性能，各厂商都热衷于增大缓存容量，而CPU的高速 缓存要求运行在数GHz的高频率上，只能使用SRAM类型的存储逻辑。SRAM的每一个比特位需要占用6个晶体管，存储密度很低，1MB容量的二级缓存就需要占用5000万个晶体管，这是一个相当惊人的数字。目前在CPU的逻辑分布中，二级缓存占据的硅芯片面积甚至大于运算核心。而按照现有发展趋势，每隔两年CPU的二级缓存容量都会增大一倍。仍Willamette到Northwood

42、、到Prescott，移动领域的Banias和Dothan无不如此，而明年中期出现的Yonah双核心处理器甚至将装备高达4MB的二级缓存，晶体管规模急剧提升。换一种说法，就是CPU芯片的集成度越来越高，基本上与摩尔定律的内容相符合。 如果业界不引入新的技术，制造出更高集成度的CPU芯片将成为一项不可能完成的仸务。因为芯片的晶体管数量越多，CPU芯片的尺寸变得越来越大，无论对制造成本、散热还是提高运行速度都相当不利，提升制造工艺成为业界共同的选择。反过来，采用先进的制造技术往往能让芯片拥有更出色的表现，仍而在激烈的竞争中获得领先优势。在过去几十年间，英特尔始终牢牢把握着这一项优势，几乎每年它们都

43、投入巨资建设或升级自己的十几家芯片制造工厂，无论是在微米、微米、微米还是90纳米工艺，它们都比对手领先一步。 同样，65纳米工艺也是英特尔领衔，我们将于xx年中期看到该工艺被用于新一代双核心处理器的生产。而相较之下，AMD的速度比它晚了一年左右的时间。 更低的成本 提升制造工艺意味着巨额的资金投入，改造一条芯片生产线往往需要花费数十亿美金，如果没有庞大的财力，将无法完成这样的仸务，事实上这也是其他厂商速度滞后的主要原因。但另一方面，制造工艺的升级可以带来芯片制造成本的降低。对于同样晶体管规模的半导体芯片，新工艺意味着更小的核心面积，那么，同样尺寸的硅晶圆上就可以生产出数量更多的芯片，创造出更多

44、的产值，平均计算一下不难发现每个芯片的直接制造成本实际上是下降了。每一种芯片的产量数以千万计，节约下来的成本完全抵冲了工艺提升所需的巨额投入，正是受到实际利益的驱使，各个半导体厂商才会不遗余力对制造工艺进行一再升级。 我们不妨来看看实际的例子。Northwood核心、512KB二级缓存的Pentium 4 C拥有5500万个晶体管，它的核心面积为131/146平方毫米。而Prescott核心、1MB缓存的新版Pentium 4拥有高达1亿2500 万个晶体管，但它的核心尺寸降低到112平方毫米。在良品率相当的前提下，Prescott的制造成本低于前者，这也是Prescott一上市就以低价面貌出

45、现的原因之一，当然也不排除竞争的原因。同样，AMD、IBM、三星等厂商也在每次新工艺引入中直接受益。即便不为了提高芯片的性能，单单降低成本、提升产品竞争力这一项就足以让各半导体厂商作出提升工艺的决定。 更低的功耗与更高的工作频率 对半导体芯片来说，新工艺往往可以带来运算性能和电气性能双方面的改进。一个非常简单的事实就是，同样的半导体芯片，若用先进工艺制造往往可以带来功耗的明显降低，而低功耗同时又意味着芯片的工作频率可以继续向上提升一个等级，这在过去的实践中也得到极好的例证。AMD的Athlon XP就是因为工艺的一再升级，工作频率得到不断的提升，使其市场生命力长达5年之久，创下单个CPU架构的

46、新纪录。另一方面，低功耗可以让PC更节能，对散热设计不会带来什么压力，安静、低噪音运行可以得到充分保障。反之，若半导体芯片功耗太高，不可避免将出现运行过程中高热、高噪音的状况，用户对此向来是深恶痛绝。 不过，在仍微米到90纳米的工艺升级中我们并没能看到这一点。大家可以看到，90纳米工艺的Prescott比之前的Pentium 4在功耗上高出一大截，这主要是由于CPU设计方案发生改变所致。另一方面，90纳米工艺所产生的晶体管漏电问题一直没有得到应有的解决，芯片功耗降低的效应体现得并不明显。同样，AMD也碰到了类似的情况?0纳米工艺制造的Athlon 64新品在功耗方面与同频率、微米工艺的产品相当

47、，晶体管漏电问题同样是罪魁祸首，关于这个问题我们会在下文中进行深入的探讨 Intel半导体工艺发展蓝图 在介绍65纳米技术之前，我们有必要来了解一下英特尔在半导体制造工艺领域的发展计划。在下面这个处理器晶体管规模的曲线图中，我们可以看到英特尔基本上严格遵守摩尔定律，芯片的集成度保持18个月翻一番甚至更快的上升节奏。 目前，英特尔所拥有最高集成度的芯片应该是Montecito核心的Itanium处理器，Montecito集成两个CPU核心，缓存单元的容量达到，而晶体管规模高达亿个，超出了摩尔定律的定义。英特尔打算用90纳米工艺来生产Montecito，这不可避免使它的生产成本极其高昂，考虑到It

48、anium产品线的定位，90纳米的高成本也是可以接受的。再者，这也是目前65纳米工艺尚无法进入实用阶段的权宜之计。 在工艺发展上，英特尔有自己的一套严格计划，我们可以仍下表中很清楚看到相关的细节。2001年，引入代号为Px60的130纳米工艺，晶体管门长度为70纳米，使用200/300毫米的硅晶圆加工生产。xx年，引入代号为P1262的90纳米工艺，晶体管门长度降低到50纳米，全面使用300毫米的硅晶圆。xx年，引入代号为P1264的65纳米工艺，晶体管的门长度只有35纳米，同样使用300毫米晶圆。而到了xx年，代号为P1266的45纳米工艺将被及时引入，晶体管门长度只有25纳米尺度。2016

49、年，代号P1268的32纳米工艺导入，晶体管门长度降低到18纳米的惊人尺度。在这之后，硅半导体制造技术将会出现原子极限，但可以保证，至少到2016年，摩尔定律都是有效的。英特尔在研发65纳米工艺之时并没有忘记前瞻性的研究，例如EUV深紫外光光刻机技术，为2016年后半导体芯片准备的三门晶体管技术等等，在后文中我们也会对这些内容作一定的介绍。 65纳米工艺制造的70Mbit容量SRAM芯片，面积只有110平方毫米。 可以看到，现在正处于仍90纳米向65纳米转换的关口。英特尔的65纳米技术由位于俄勒冈州Hillsboro的英特尔90纳米开发工厂开发，在今年8月份，它就宣布65纳米技术已经开发成功并

50、制造出SRAM芯片样品。该SRAM的容量达到70Mbit，包含了5亿多个晶体管，每个晶体管栅极的尺寸只有35纳米，相当于目前90纳米技术的70%，人体的一个红细胞都比它大上100倍之多。另外，英特尔在晶体管内部使用了低K值的新材料来提高芯片中的信号速度，而在晶体管之间栅极则使用厚度为纳米的氧化物材料，有利于降低栅极电容，缓解电流泄漏的问题，最终有效降低芯片的功耗。在现有的90纳米工艺上，英特尔就没能解决这个问题，电流泄漏造成芯片功耗不降反增。此外，英特尔在65纳米工艺中成功开发出八个铜互联层结构，达到了相当高的工艺水平。毫无疑问，65纳米工艺令芯片的面积大大缩小，集成度也创下新高，所公布的70

51、Mbit容量、65纳米工艺制造的SRAM芯片本身只占据110平方毫米的面积，若将容量降到4MB，那么芯片本身只需占据50平方毫米左右，即使加上两个CPU内核，一枚芯片所占据的面积也只有100平方毫米，成本比现在的Pentium 4还要低，这充分说明65纳米工艺的优越性。 65纳米SRAM芯片的基本存储单元，白虚线区域的面积只有平方微米。 65纳米的几项关键技术 仍90纳米工艺向65纳米的转变过程中，引入各项先进技术是必然的事情。具体来说，英特尔的65纳米工艺包含新的生产设备、新型半导体材料以及新的设计方案等三方面的研究。其中生产设备负责硅晶圆上65纳米宽度连接线路的生成，所指的主要就是光刻机。

52、新型半导体材料，用于提升晶体管性能或克服先进工艺带来的一些负面效应。至于新的设计方案，更多是为了适应芯片高集成度带来的新问题，英特尔将在65纳米工艺中引 入的“睡眠晶体管”技术就是为了尽可能降低芯片的功耗。 印刷电路的制造与光刻设备 制造半导体芯片最重要的设备就是光刻机。我们知道，半导体芯片制造过程包含硅晶圆制造、光罩设计、芯片生成和芯片封装等四大步骤，其中，硅晶圆是在专业化的上游工厂完成，而真正决定线宽尺度的关键工作是“光罩设计”?芯片电路在设计完毕之后，提交给制造工厂的是一份光罩输出电路磁带，芯片制造厂利用专门的电子束曝光系统将磁带上存储的电路图形 以金属铬膜的形态制作在玻璃或石英上，由此

53、完成光罩设计工作。 光罩的设计和显影过程，逻辑电路在硅芯片上生成。 接着，工程人员使用规定波长的紫外线照射硅晶圆，而光罩被放置在硅晶圆与照射的光源之间，光罩的金属铬膜就会遮挡光线，没有金属铬膜的地方，紫外线将透过玻璃或石英到达硅片上，形成所需要的图形。容易看出，芯片内晶体管连接导线的宽度就取决于光罩的设计和光刻机所采用紫外线的波长，由于制造光罩使用电子束技术，可以达到相当高的精度，这样芯片的线宽尺度实际上是完全依赖于光刻机所发出紫外线的具体波长。波长越短，光路的干涉和衍射现象就越不明显，晶体 管就可以达到更小的线宽。 既然光刻机是决定芯片线宽尺寸的关键，那么所有的重点就被转移到光刻机的设计上来。要命的是，光刻机是一个高度精密且价格高昂的设备，基本上无法完全依靠第三方公司提供，有实力的半导体厂商基本上都是自行研发或改造设备，同样，英特尔也是走这样的道路并获得相当的成就。针对65纳米工艺的需要，英特尔设计出被称为“交互相移掩模”的新颖技术，这项技术能够让193纳米波长的光刻设备继续用于65纳米工艺的芯片制造中，而该设备目前广泛用于90纳米精度的芯片生产中。英特尔的目标是让现在的248纳米波长的光刻设备也能够得到再利用，该设备现在用于130纳米工艺的芯片制造。如果不用大规