2.2 集成电路生产线发展的历程与设计

2.2.1 国外集成电路生产线发展情况

集成电路生产线一般包括生产工艺需求的洁净室和生产辅助厂房等各类建筑，以及晶圆片工艺和封装测试工艺所必需的设备，包含超纯水、电力、纯化气体、化学品等相关供应的中央供应系统，以及废水、废气等相关有害物质的处理系统等组成的生产集成电路产品所需要的整体智能制造环境。集成电路生产线的发展历程可简要地概括如下。

1960年，洛尔（H.H.Loor）和卡斯泰拉尼（E.Castellani）发明了光刻工艺，使得集成电路产品可以大规模地批量生产制造。

1963年，美国仙童半导体公司的万拉斯（F.Wanlass）发明了低功耗互补金属-氧化物-半导体场效应晶体管（CMOS）单元电路。

1964年，集成电路平面工艺技术由美国仙童半导体公司的诺伊斯（R.Noyce）发明，之后相继有多条集成电路生产线在美国建立，晶圆片尺寸通常以1～2in为主。

1968年，美国RCA公司制造出第一块CMOS门阵列集成电路产品，多晶硅已取代金属铝作为栅电极材料。

1970年，美国Intel公司首次采用NMOS技术推出1kbit商用动态随机存储器（DRAM）。

1971年，美国Intel公司推出全球第一个微处理器芯片4004。

20世纪70年代中期，集成电路生产线广泛采用肖克利（W.Shockley）等人发明的离子注入掺杂技术。

到了20世纪80年代，美国开始建设4in集成电路生产线，出现了双掺杂多晶硅金属硅化物栅CMOS器件结构工艺，低功耗的CMOS集成电路逐渐成为主流产品。集成电路工艺设备的全面自动化，大幅度地减少了操作工人的数量，降低了操作人员对集成电路芯片的污染。至此，集成电路生产线日臻成熟，晶圆片尺寸从2in、3in、4in、5in过渡到6in，一般采用人工操作及搬运来实现晶圆片的传递、储存及工艺生产。为了节省运行费用，保证洁净度要求，通常采用壁板将高洁净度的操作区和低洁净度的设备区隔离开来。

20世纪80年代末，采用SMIF（Standard Mechanical Interface）加微环境的200 mm集成电路生产线开始建成投产，化学机械抛光（Chemical Mechanical Pol-ishing，CMP）工艺被发明并应用于集成电路芯片制造，以满足多层布线所需的平坦度要求。

迈入21世纪后，300mm集成电路生产线开始建成投产，晶圆片盒加微环境成为300mm集成电路生产线的主流。

2007年，Intel公司在45nm技术节点采用高介质金属栅（HKMC）工艺。2011年，在22nm技术节点时，Intel公司首次工业化采用FinFET器件结构工艺。2005年以来，纳米圆柱体全包围栅无结场效应晶体管及三维堆叠晶体管技术发展快速，这些新技术有望在7nm及以下技术节点被工业界采用[3-6]。集成电路生产线建设的发展历程见表2.2。

表2.2 集成电路生产线建设的发展历程

（续）