集成电路（Integrated Circuit, 简称 IC）是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、二极管、电阻、电容等器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓等）或陶瓷等基片上，用于执行某一特定功能的电路。

集成电路可以根据其电路中使用的器件的不同和制造时使用的工艺不同将集成电路分成三类：「双极集成电路」、「金属-氧化物-半导体（MOS）集成电路」和「双极-MOS集成电路」

双极集成电路中使用的主要是「双极性晶体管」（Bipolar Junction Transistor, BJT, 又被简称为三极管），三极管有两种类型：NPN型和PNP型。所谓双极是因为三极管的工作机制依赖于带负电电子和带正电空穴这两种类型的载流子。我们又可以根据集成电路中使用的三极管的类型的不同将双极集成电路细分位NPN型和PNP型双极集成电路。

双极集成电路的特点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度相对较低。

这种电路中使用的晶体管为「金属-氧化物-半导体场效应晶体管」（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET，又被简称为MOS管）构成。MOS管的结构由最表面的金属，中间的氧化物（绝缘体）和底层的半导体构成，主要依靠半导体便面的电场感应产生的导电沟道工作，起主导作用的只有一种载流子。有时为了体现MOS集成电路和双极集成电路的区别，又可将MOS集成电路成为单极集成电路

双极-MOS集成电路中使用的晶体管既包含三极管，又包含MOS管。这种集成电路可以综合双极集成电路和MOS集成电路的优点，但是存在制作工艺复杂的缺点，所以没能成为目前集成电路市场的主流。

我们可以按照电路的功能进行分类：「数字集成电路」（Digital IC）、「模拟集成电路」（Analog IC）和「数模混合集成电路」（Digital-Analog IC）

数字集成电路主要用于处理数字信号，即输入信号、输出信号以及电路内部都采用0和1进行传输。0代表低电平，1代表高电平。数字集成电路主要用于实现某种特性的逻辑功能，所以有时也称作逻辑电路。我们可以再可以将数字集成电路细分为「组合逻辑电路」和「时序逻辑电路」。组合逻辑电路的输出只与输入信号有关，如反相器（非门）、与门、或门等；时序逻辑电路不仅与输入信号有关，还与电路之前的逻辑状态有关，如触发器、寄存器、计数器等。

模拟集成电路的输入和输出都采用模拟信号，即信号是从零开始下连续变化的。模拟集成电路的用途很广，在自动控制、测量、通信等领域都有很广泛的应用。典型的模拟集成电路有：运算放大器（简称：运放），功率放大器（简称：功放）等。

数模混合集成电路中包含数字电路和模拟电路。最常见的数模混合集成电路是数模转换器（Digital to Analog Converter, DAC）和模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）。数模转换器用于将数字信号转变为模拟信号，而模数转换器则将模拟信号转变为数字信号，即实现例如从0101到0.5V之间的相互转换。

也可以根据集成电路中包含的元器件的数目将集成电路分为：「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）和「巨大规模集成电路」（Gigantic Scale IC，GSD）。

集成电路制造的主要过程分为6步：「集成电路设计」、「制作掩模版」、「原始材料制备」、「芯片加工」、「封装」、「测试」。

在这一步中主要是对芯片中的电路进行设计，这一步非常的关键，直接影响了生产出的芯片的性能。

这一步又可以细分为「功能设计」、「逻辑设计」、「电路设计」、「掩模版图设计」、「计算机仿真」。功能设计主要用于确定集成电路需要实现的基本功能以及性能表现，后根据确定好的集成电路的功能进行逻辑分析，进而设计出电路。此时设计出的电路还是抽象的分立元件，后我们需要根据电路图画出掩模版图，即将抽象的分立元转换为实体的微型半导体器件并排布到硅片上，并将他们连接起来。

世界范围内主流的IC设计软件：

模拟IC设计软件 Cadence Virtuoso

模拟仿真器 Cadence Spectre / Synopsys HSPICE

数字仿真器 Cadence IES/ Synopsys VCS / Mentor Modelsim

数字综合器 Cadence GENUS / Synopsys Design Compiler

数字自动布局布线软件 Cadence Innovus / Synopsys ICC

此步骤即是将设计好的集成电路掩模版图制作成掩模版，掩模版的作用是通过光照将掩模版上的图案转印到硅片上，这在后面的光刻工艺中会有详细说明。

此步骤即使制作芯片加工工艺中的「晶圆」（wafer）。生产晶圆的原始材料为沙子，因为沙子中含有丰富的二氧化硅。沙子在经过一定的预处理以后，将其加热到熔化，后我们可以从其中拉出一根纯度非常高的单晶硅棒。然后我们可以将这这根硅棒垂直于轴向切削为一个个圆盘，每个圆盘在经过物理和化学的清洗以及打磨后就可以送入后面的芯片加工工序。

工艺仿真软件：Synopsys Sentaurus TCAD / Silvaco

（又名绑定工艺） 工艺流程如下：

「划片」：使用金刚石锯片将整片晶圆切割成独立的「裸芯片」（die）

「粘片」：使用银胶将裸芯片粘结在对应封装上

「键合」：将裸芯片上的pad与封装上对应的pad使用金丝或铝丝连接

「注塑」：绑定好的封装放入形腔内注入封装树脂注塑

「切脚成型」：将注塑完成的半成品芯片引脚冲压弯折成型

下属工艺：

「引线框架」(leadframe) 工艺

将裸芯片粘结在引线框架中央，使用绑定机将芯片的pad与引线框架上对应的「引脚」（leads） 使用金丝或铝丝连接。将绑定好的引线框架放入形腔内注入封装树脂注塑。待封装树脂固化后，对引线框架进行冲压成型，在测试架上进行成品测试合格后即为可供销售的芯片

适用封装类型：「单列直插」SIP/「双列直插」DIP/「小外形集成电路封装」SOIC/「方型扁平式封装」QFP/「方型扁平无引脚封装」QFN

FinFET

22nm_finfet_process_flow.pdf

GAAFET

MBCFET

1.点接触二极管，点接触二极管是从早期的晶体探测器技术开始于20世纪30年代开发的，现在通常用于3到30千兆赫的范围。点接触二极管使用与半导体晶体接触的小直径金属线，并且是非焊接接触型或焊接接触型。非焊接接触结构采用肖特基势垒原理。金属侧是与半导体晶体接触的小直径线的尖端。在焊接接触型中，通过使相对大的电流暂时通过器件，在制造期间在金属点周围的N型晶体中形成小的P区。点接触二极管通常表现出比结二极管更低的电容，更高的正向电阻和更大的反向电流泄漏。

2.面接触式二极管，面接触二极管由半导体晶体制成，通常是硅，但也使用锗和砷化镓。添加杂质以在一侧形成包含负电荷载流子（电子）的区域，称为n型半导体，在另一侧包含包含正电荷载流子（空穴）的区域，称为p型半导体。当n型和p型材料连接在一起时，从n到p侧发生瞬间电子流动，导致两者之间没有电荷载流子的第三区域。该区域称为耗尽区因为它里面没有电荷载体（既不是电子也不是空穴）。二极管的端子连接到n型和p型区域。这两个区域之间的边界称为p-n结，是二极管发挥作用的地方。当向P侧（阳极）施加足够高的电势而不是向N侧（阴极）施加足够高的电势时，它允许电子从耗尽区域从N型侧流到P型侧。当电位反向施加时，结不允许电子沿相反方向流动，从而在某种意义上产生电子止回阀。

3.电流电压特性，半导体二极管在电路中的行为由其电流 - 电压特性或I-V曲线给出（见下图）。曲线的形状由电荷载流子通过存在于不同半导体之间的p-n结处的所谓的耗尽层或耗尽区的传输来确定。当首次产生p-n结时，来自N 掺杂区的导带（移动）电子扩散到P 掺杂区电子“重组”的大量空穴（电子空位）的区域。当移动电子与空穴重新结合时，空穴和电子都消失，在N侧留下固定的带正电的施主（掺杂剂），在P侧留下带负电的受主（掺杂剂）。p-n结周围的区域变得耗尽电荷载流子，因此表现为绝缘体。然而，耗尽区的宽度（称为耗尽宽度）不能无限制地增长。对于每个进行的电子 - 空穴对复合，在N掺杂区域中留下带正电的掺杂剂离子，并且在P掺杂区域中产生带负电的掺杂剂离子。随着重组的进行和更多的离子的产生，通过耗尽区产生增加的电场，该耗尽区起到减慢然后最终停止复合的作用。此时，耗尽区域内存在“内置”电位。

4.正向加压，然而，如果外部电压的极性与内置电势相反，则重新组合可以再次进行，导致通过p-n结的大量电流（即，大量电子和空穴在结处重新结合）。对于硅二极管，内置电位约为0.7 V（锗为0.3 V，肖特基为0.2 V）。因此，如果施加大于和与内置电压相反的外部电压，则电流将流动并且二极管被称为“导通”，因为它已经被给予外部正向偏压。通常认为二极管具有正向“阈值”电压，在该电压之上，二极管导通，低于该电压，导通停止。然而，这仅仅是近似值，因为前向特性是平滑的（参见上面的电流电压特性图）

5.反向加压，如果在二极管两端放置一个与内置电位极性相同的外部电压，则耗尽区继续充当绝缘体，防止任何明显的电流流动（除非电子 - 空穴对在结点中积极产生）例如，光）。这称为反向偏置现象。

1. NPN双极晶体管，NPN是两种类型的双极晶体管之一（如下图），由两个N掺杂层之间的P- 掺杂半导体层（“基极”）组成。进入基极的小电流被放大，产生大的集电极和发射极电流。也就是说，当从NPN晶体管的基极到其发射极测量到正电位差时（即，当基极相对于发射极高时），以及从集电极到发射极测量的正电位差。 ，晶体管变得活跃。在该“导通”状态下，电流从晶体管的集电极流向发射极。大部分电流由作为少数载流子的从发射极移动到集电极的电子携带在P型基区。为了实现更大的电流和更快的操作，目前使用的大多数双极晶体管是NPN，因为电子迁移率高于空穴迁移率。

1. PNP双极晶体管，另一种类型的双极晶体管是PNP（如下图），由两层P掺杂材料之间的一层N- 掺杂半导体组成。离开基极的小电流在集电极输出中被放大。也就是说，一个PNP晶体管是“接通”时，其基极被拉到低相对于发射器。在PNP晶体管中，发射极 - 基极区域是正向偏置的，因此空穴作为少数载流子注入基极。基座非常薄，大多数孔穿过反向偏置的基极 - 集电极结到达集电极。NPN和PNP晶体管符号中的箭头表示基极和发射极之间的PN结。当器件处于正向有效或正向饱和模式时，放置在发射极支路上的箭头指向传统电流的方向。

3.双极晶体管功能，在双极晶体管电荷流是由于扩散的电荷载体不同的电荷浓度的两个区域之间跨结。双极晶体管的区域称为发射极，基极和集电极。分立晶体管具有三个引线，用于连接这些区域。通常，与其他两层相比，发射极区域是重掺杂的，并且集电极掺杂比基极轻得多（集电极掺杂通常比基极掺杂轻10倍）。按照设计，大部分双极晶体管集电极电流是由于从重掺杂发射极注入基极的电荷载流子（电子或空穴）流入少数载流子向集电极扩散，因此双极晶体管被归类为少数载流子装置。在典型的操作中，基极 - 发射极结是正向偏置的，这意味着结的p掺杂侧比n掺杂侧具有更大的正电位，并且基极 - 集电极结被反向偏置。当向基极 - 发射极结施加正向偏压时，扰乱了热产生的载流子与n掺杂的发射极耗尽区的排斥电场之间的平衡。这允许热激发的电子从发射器注入基区。这些电子扩散从发射极附近的高浓度区域向集电极附近的低浓度区域通过基极。基极中的电子称为少数载流子，因为基极是p型掺杂的，这使得空穴成为基极中的主要载流子。为了最小化在到达集电极 - 基极结之前重新组合的载流子的比例，晶体管的基极区域必须足够薄以使载流子能够在比半导体的少数载流子寿命短得多的时间内扩散穿过它。具有轻度掺杂的碱确保重组率低。特别是，基底的厚度必须远小于电子的扩散长度。集电极 - 基极结是反向偏置的，因此从集电极到基极发生的电子注入可忽略不计，但是注入基极并扩散到达集电极 - 基极耗尽区的载流子被电场扫入集电极。在耗尽区。薄的共享基极和非对称集电极 - 发射极掺杂是双极晶体管与串联连接的两个独立且相反偏置的二极管的区别。

FinFET

高压双极晶体管

DMOS

IGBT

半导体业如此巨大的市场，半导体工艺设备为半导体大规模制造提供制造基础。未来半导体器件的集成化、微型化程度必将更高，功能更强大。

1.单晶炉 设备功能：熔融半导体材料，拉单晶，为后续半导体器件制造，提供单晶体的半导体晶坯。

主要企业（品牌）： 国际：德国PVA TePla AG公司、日本Ferrotec公司、美国QUANTUM DESIGN公司、德国Gero公司、美国KAYEX公司。 国内：北京京运通、七星华创、北京京仪世纪、河北晶龙阳光、西安理工晶科、常州华盛天龙、上海汉虹、西安华德、中国电子科技集团第四十八所、上海申和热磁。

2.气相外延炉 设备功能：为气相外延生长提供特定的工艺环境，实现在单晶上，生长与单晶晶相具有对应关系的薄层晶体，为单晶沉底实现功能化做基础准备。气相外延即化学气相沉积的一种特殊工艺，其生长薄层的晶体结构是单晶衬底的延续，而且与衬底的晶向保持对应的关系。

主要企业（品牌）： 国际：美国CVD Equipment公司、美国GT公司、法国Soitec公司、法国AS公司、美国Proto Flex公司、美国科特·莱思科（Kurt J.Lesker）公司、美国Applied Materials公司。 国内：中国电子科技集团第四十八所、青岛赛瑞达、合肥科晶材料技术有限公司、北京金盛微纳、济南力冠电子科技有限公司。

3.分子束外延系统 设备功能：分子束外延系统，提供在沉底表面按特定生长薄膜的工艺设备；分子束外延工艺，是一种制备单晶薄膜的技术，它是在适当的衬底与合适的条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜。

主要企业（品牌）： 国际：法国Riber公司、美国Veeco公司、芬兰DCA Instruments公司、美国SVTAssociates公司、美国NBM公司、德国Omicron公司、德国MBE-Komponenten公司、英国Oxford Applied Research（OAR）公司。 国内：沈阳中科仪器、北京汇德信科技有限公司、绍兴匡泰仪器设备有限公司、沈阳科友真空技术有限公司。

4.氧化炉（VDF） 设备功能：为半导体材料进行氧化处理，提供要求的氧化氛围，实现半导体预期设计的氧化处理过程，是半导体加工过程的不可缺少的一个环节。

主要企业（品牌）： 国际：英国Thermco公司、德国Centrotherm thermal solutions GmbH Co.KG公司。 国内：北京七星华创、青岛福润德、中国电子科技集团第四十八所、青岛旭光仪表设备有限公司、中国电子科技集团第四十五所。

5.低压化学气相淀积系统（LPCVD） 设备功能：把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入LPCVD设备的反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜。

主要企业（品牌）： 国际：日本日立国际电气公司、 国内：上海驰舰半导体科技有限公司、中国电子科技集团第四十八所、中国电子科技集团第四十五所、北京仪器厂、上海机械厂。

6.等离子体增强化学气相淀积系统（PECVD） 设备功能：在沉积室利用辉光放电，使其电离后在衬底上进行化学反应，沉积半导体薄膜材料。

主要企业（品牌）： 国际：美国Proto Flex公司、日本Tokki公司、日本岛津公司、美国泛林半导体（Lam Research）公司、荷兰ASM国际公司。 国内：中国电子科技集团第四十五所、北京仪器厂、上海机械厂。

7.磁控溅射台（MSA） 设备功能：通过二极溅射中一个平行于靶表面的封闭磁场，和靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域，实现高离子密度和高能量的电离，把靶原子或分子高速率溅射沉积在基片上形成薄膜。

主要企业（品牌）： 国际：美国PVD公司、美国Vaportech公司、美国AMAT公司、荷兰Hauzer公司、英国Teer公司、瑞士Platit公司、瑞士Balzers公司、德国Cemecon公司。 国内：北京仪器厂、沈阳中科仪器、成都南光实业股份有限公司、中国电子科技集团第四十八所、科睿设备有限公司、上海机械厂。

8.化学机械抛光机（CMP） 设备功能：通过机械研磨和化学液体溶解“腐蚀”的综合作用，对被研磨体（半导体）进行研磨抛光。

主要企业（品牌）： 国际：美国Applied Materials公司、美国诺发系统公司、美国Rtec公司。 国内：兰州兰新高科技产业股份有限公司、爱立特微电子。

9.光刻机 设备功能：在半导体基材上（硅片）表面匀胶，将掩模版上的图形转移光刻胶上，把器件或电路结构临时“复制”到硅片上。

主要企业（品牌）： 国际：荷兰阿斯麦（ASML）公司、美国泛林半导体公司、日本尼康公司、日本Canon公司、美国ABM公司、德国德国SUSS公司、美国MYCRO公司。 国内：中国电子科技集团第四十八所、中国电子科技集团第四十五所、上海机械厂、成都南光实业股份有限公司。

10.反应离子刻蚀系统（RIE） 设备功能：平板电极间施加高频电压，产生数百微米厚的离子层，放入式样，离子高速撞击式样，实现化学反应刻蚀和物理撞击，实现半导体的加工成型。

主要企业（品牌）： 国际：日本Evatech公司、美国NANOMASTER公司、新加坡REC公司、韩国JuSung公司、韩国TES公司。 国内：北京仪器厂、北京七星华创电子有限公司、成都南光实业股份有限公司、中国电子科技集团第四十八所。

11.ICP等离子体刻蚀系统 设备功能：一种或多种气体原子或分子混合于反应腔室中，在外部能量作用下（如射频、微波等）形成等离子体，一方面等离子体中的活性基团与待刻蚀表面材料发生化学反应，生成可挥发产物；另一方面等离子体中的离子在偏压的作用下被引导和加速，实现对待刻蚀表面进行定向的腐蚀和加速腐蚀。

主要企业（品牌）： 国际：英国牛津仪器公司、美国Torr公司、美国Gatan公司、英国Quorum公司、美国利曼公司、美国Pelco公司。 国内：北京仪器厂、北京七星华创电子有限公司、中国电子科技集团第四十八所、戈德尔等离子科技（香港）控股有限公司、中国科学院微电子研究所、北方微电子、北京东方中科集成科技股份有限公司、北京创世威纳科技。

12.湿法刻蚀与清洗机 设备功能：湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。清洗是为减少沾污,因沾污会影响器件性能,导致可靠性问题,降低成品率，这就要求在每层的下一步工艺前或下一层前须进行彻底的清洗。

主要企业（品牌）： 国际：日本Screen（迪恩士）、韩国SEMES（细美事）、日本Tokyo Electron公司、美国泛林半导体（Lam Research）公司。 国内：南通华林科纳半导体设备有限公司、北京七星华创电子有限公司、中国电子科技集团第四十五所、台湾弘塑。

13.离子注入机（IBI） 设备功能：对半导体表面附近区域进行掺杂。

主要企业（品牌）： 国际：美国维利安半导体设备公司、美国CHA公司、美国AMAT公司、Varian半导体制造设备公司（被AMAT收购）。 国内：北京仪器厂、中国电子科技集团第四十八所、成都南光实业股份有限公司、沈阳方基轻工机械有限公司、上海硅拓微电子有限公司。

14.探针测试台 设备功能：通过探针与半导体器件的pad接触，进行电学测试，检测半导体的性能指标是否符合设计性能要求。

主要企业（品牌）： 国际：德国Ingun公司、美国QA公司、美国MicroXact公司、韩国Ecopia公司、韩国Leeno公司。 国内：中国电子科技集团第四十五所、北京七星华创电子有限公司、瑞柯仪器、华荣集团、深圳市森美协尔科技。

15.晶片减薄机 设备功能：通过抛磨，把晶片厚度减薄。

主要企业（品牌）： 国际：日本DISCO公司、德国G&N公司、日本OKAMOTO公司、以色列Camtek公司。 国内：兰州兰新高科技产业股份有限公司、深圳方达研磨设备制造有限公司、深圳市金实力精密研磨机器制造有限公司、炜安达研磨设备有限公司、深圳市华年风科技有限公司。

16.晶圆划片机（DS） 设备功能：把晶圆，切割成小片的Die。

主要企业（品牌）： 国际：德国OEG公司、日本DISCO公司。 国内：中国电子科技集团第四十五所、北京科创源光电技术有限公司、沈阳仪器仪表工艺研究所、西北机器有限公司（原国营西北机械厂709厂）、汇盛电子电子机械设备公司、兰州兰新高科技产业股份有限公司、大族激光、深圳市红宝石激光设备有限公司、武汉三工、珠海莱联光电、珠海粤茂科技。

17.引线键合机（Wire Bonder） 设备功能：把半导体芯片上的Pad与管脚上的Pad，用导电金属线（金丝）链接起来。

主要企业（品牌）： 国际：美国奥泰公司、德国TPT公司、奥地利奥地利FK公司、马来西亚友尼森（UNISEM）公司。 国内：中国电子科技集团第四十五所、北京创世杰科技发展有限公司、宇芯（成都）集成电路封装测试有限公司（马来西亚友尼森投资）、深圳市开玖自动化设备有限公司。

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