2.2 集成電路生產線發展的歷程與設計

2.2.1 國外集成電路生產線發展情況

集成電路生產線一般包括生產工藝需求的潔凈室和生產輔助廠房等各類建筑，以及晶圓片工藝和封裝測試工藝所必需的設備，包含超純水、電力、純化氣體、化學品等相關供應的中央供應系統，以及廢水、廢氣等相關有害物質的處理系統等組成的生產集成電路產品所需要的整體智能制造環境。集成電路生產線的發展歷程可簡要地概括如下。

1960年，洛爾（H.H.Loor）和卡斯泰拉尼（E.Castellani）發明了光刻工藝，使得集成電路產品可以大規模地批量生產制造。

1963年，美國仙童半導體公司的萬拉斯（F.Wanlass）發明了低功耗互補金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（CMOS）單元電路。

1964年，集成電路平面工藝技術由美國仙童半導體公司的諾伊斯（R.Noyce）發明，之后相繼有多條集成電路生產線在美國建立，晶圓片尺寸通常以1～2in為主。

1968年，美國RCA公司制造出第一塊CMOS門陣列集成電路產品，多晶硅已取代金屬鋁作為柵電極材料。

1970年，美國Intel公司首次采用NMOS技術推出1kbit商用動態隨機存儲器（DRAM）。

1971年，美國Intel公司推出全球第一個微處理器芯片4004。

20世紀70年代中期，集成電路生產線廣泛采用肖克利（W.Shockley）等人發明的離子注入摻雜技術。

到了20世紀80年代，美國開始建設4in集成電路生產線，出現了雙摻雜多晶硅金屬硅化物柵CMOS器件結構工藝，低功耗的CMOS集成電路逐漸成為主流產品。集成電路工藝設備的全面自動化，大幅度地減少了操作工人的數量，降低了操作人員對集成電路芯片的污染。至此，集成電路生產線日臻成熟，晶圓片尺寸從2in、3in、4in、5in過渡到6in，一般采用人工操作及搬運來實現晶圓片的傳遞、儲存及工藝生產。為了節省運行費用，保證潔凈度要求，通常采用壁板將高潔凈度的操作區和低潔凈度的設備區隔離開來。

20世紀80年代末，采用SMIF（Standard Mechanical Interface）加微環境的200 mm集成電路生產線開始建成投產，化學機械拋光（Chemical Mechanical Pol-ishing，CMP）工藝被發明并應用于集成電路芯片制造，以滿足多層布線所需的平坦度要求。

邁入21世紀后，300mm集成電路生產線開始建成投產，晶圓片盒加微環境成為300mm集成電路生產線的主流。

2007年，Intel公司在45nm技術節點采用高介質金屬柵（HKMC）工藝。2011年，在22nm技術節點時，Intel公司首次工業化采用FinFET器件結構工藝。2005年以來，納米圓柱體全包圍柵無結場效應晶體管及三維堆疊晶體管技術發展快速，這些新技術有望在7nm及以下技術節點被工業界采用[3-6]。集成電路生產線建設的發展歷程見表2.2。