Moore 定律和等比例缩小1965, Intel 的创始人之一Gordon Moore 在他的论文“cramming more components onto integrated circuits”里预言：每18个月芯片集成度增加一倍。☆30年来这个预言基本正确，普遍认为这个定律可以适用到2010年。☆2002年达到每个芯片100,000,000个晶体管。☆2910年达到每个芯片1,000,000,000个晶体管。毫无疑问，在过去的四十年里，摩尔定律成为了科技进步速度的推动力。然而传统的光刻技术正在日益成为半导体制造工艺的瓶颈，在从0.18微米到0.13微米的工艺转换过程中各大厂商都碰到了很多困难（如现阶段CPU 制造过程中晶体管本身存在的漏电问题），而最新的90nm 制造工艺也迟迟无法投入量产。Moore 定律再一次面临严峻的挑战，如果没有技术突破，这一领导行业40多年的经验公式将不再有效。不过不用担心，新的工艺、新的器件结构、纳米电子学为半导体工业带来了曙光！
12现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论45/Moore定律：处理器集成度提高现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论46/Moore定律：存储器集成度的提高现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论47/器件按比例缩小原理
在1974年第九期的《IEEE Journal of Solid-State Circuits 》期刊上，Dennard 提出了器件等比例缩小定律。基本思想：MOS 器件的横向纵向尺寸（沟道长、宽度等横向尺寸和栅层厚度、结
深等纵向尺寸）按一定比例K 缩小，单位面积上的功耗可保持不变；这时器件所占
的面积（因而成本）可随之缩小K2倍，器件性能可提高K3倍。所以器件越小，同
样面积芯片可集成更多、更好的器件，低了器件相对成本。这是摩尔定律的物理基
础，也正是这种物理特性，刺激了加速的技术创新。
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三种形式的器件等比例缩小最初的器件等比例缩小要求电压也减小，这就带来了器件的不稳定性问题，为了解决此问题，提出了修改的器件等比例缩小。
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现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论49/半导体工艺技术
很多重要的半导体技术其实是由多个以前发明的工艺技术延伸而来的。例如1798年就已经发明了图形曝光工艺，只是当初影像图形是从石片转移过来的。将叙述各种首次被应用到半导体工艺或制作半导体器件而被研发出来的具有里程碑意义的技术。
具有里程碑意义的技术
1918年柴可拉斯基(Czochralski)发明了一种液态-固态单晶生长的技术（Cz 法），至今仍广泛应用于大部分硅晶片晶体的生长。
1925年布理吉曼(Bridgman)发明另一种技术，被大量用于砷化镓和一些化合物半导体的晶体生长。
1952年魏可(Welker)发现砷化镓和其他的Ⅲ—V 族化合物也是半导体材料，相关这些化合物半导体的技术和器件才陆续被深入研究。
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具有里程碑意义的技术（续）
1855年菲克(Fick)提出了基本扩散理论。对半导体工艺而言，杂质原子(dopant)的扩散(diffusion)是很重要的一种现象。
1952年范恩(Pfann)在其专利中提及利用扩散技术来改变硅的电导率的想法。
1957年安卓斯(Andrus)把古老的图形曝光技术应用在半导体器件的制作上，利用一些感光而且抗刻蚀的聚合物(即光阻)来做图形的转移。图形曝光技术是半导体工业中的一个关键性的技术，图形曝光的成本就占了35％以上。
1957年弗洛区(Frosch)和德利克(Derrick)提出氧化物掩蔽层方式(oxide masking method)，发现氧化层可以阻止大部分杂质的扩散穿透。
同年，雪弗塔(Sheftal)等人提出用化学气相淀积(CVD)外延生长技术。是在具有晶格结构的晶体表面上，生长出一层半导体晶体薄膜的技术，这种技术对改善器件特性或制造新颖结构器件而言非常重要。
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1958年肖克莱(Shockley)提出了离子注入(ion implantation)技术来掺杂半导体，这种技术可以精确地控制掺杂原子的数目。从此扩散和离子注入两种技术可以相辅相成，用来掺杂。
1959年科比(Kilby)提出集成电路的雏型。它包含了一个BJT 、三个电阻和一个电容，所有的器件都由锗做成，而且由接线相连成一个混合的电路。 1959年诺依斯(Noyce)提出一个在单一半导体衬底上做成的集成电路。
1960年由荷尼(Hoerni)提出平面(planar)工艺，整个半导体表面先生成一层氧化层，再用图形曝光刻浊工艺；将部分的氧化层移除，并留下一个窗口(window)，然后将杂质透过窗口掺杂到半导体表面后形成p-n 结。
1963年由万雷斯(Wanlass)和萨支唐(Sah)提出CMOS 的观念，CMOS 优点是只有在逻辑状态转换时(如从0到1)才会产生大电流，而在稳定状态时只有极小的电流流过，所以功率耗损可以大幅度减少，对先进集成电路而言，CMOS 技术是最主要的技术。
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具有里程碑意义的技术（续）
1967年丹纳(Dennard)发明了一项由两个器件组成的极重要的电路，即动态随机存储器(DRAM).存储单元器件包含了一个MOSFET 和一个储存电荷的电容，其中MOSFET 作为使电容充电或放电的开关。应用在非便携式(non-portable)电子系统中的第一选择。
1969年柯文(Kerwin)等人提出了多晶硅自对准栅极工艺，这个工艺不但改善了器件的可靠性，还降低了寄生电容。
同年，门纳赛维(Manasevit)和辛浦生(simpson)提出金属有机化学气相淀积技术(MOCVD)。对化合物半导体而言，这是二种非常重要的外延技术。
1971年尔文(Irving)等人提出，利用CF4-O2的混合气体来到蚀硅晶片。当器件的尺寸变小，为了增加图形转移的可靠度，干法刻蚀(dry etching)技术取代了湿法腐蚀技术。
同年，卓以和(Cho)提出了分子束外延(MBE)技术，可以近乎完美地控制原于的排列，所以也可以控制外延层组成和掺杂浓度，这项技术也带来了许多光器件和量子器件的发明。
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1971年霍夫(Hoff)等人制造出来第一个微处理器(microprocessor)，将一个简单电脑的中央处理单元(CPU)放在一个芯片上，这就是如图的四位微处理器(Intel 4004)，其芯片大小是3mm×4mm ，并且包含了2300个MOSFET.它是由p 型沟道多晶硅栅极工艺做成，设计规范是8um 。这是半导体工业上一个重大的突破。
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1982年由朗(Rung)等人提出沟槽式绝缘技术，用以隔绝CMOS 器件。目前这种方法几乎已取代了所有其他的绝缘技术。
1989年达阀利(Davari)等人提出了化学机械抛光方法（CMP ），以得到各层介电层的全面平坦化(global planarization)，这是多层金属布线的关键技术。
1993年帕拉查克（Paraszczak ）等人提出在尺寸长度小到100nm 时，以铜导线取代铝导线的想法。在亚微米器件中，电致迁移
(electromigration)即当强电流通过导线时，使导线的金属离子迁移的情形。铜的抗电致迁移高且电阻率比铝低。
器件尺寸等比例缩小后，要求开发新的技术，工业界认为三个关键的技术是：沟槽式隔离（trench isolation ）、化学机械抛光(chemical-mechanical polishing ，CMP)和铜布线
现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论55/一些关键的半导体技术列表
Paraszczak,et al.
铜布线
1993
Davari ，et a1.化学机械抛光1989Rung 、Momose 及N9gakubo 沟楷隔离1982Hoff ，et a1.
微处理器(4004)1971卓以和分子束外延1971Irving 、Lemons 及Bobos 于法刻蚀197l Manasevit 及Sim9son 金属有机化学气相淀积(MOCVD)1969Kerwin 、K1ein 及Sarace 多晶硅自对准栅极
l969Dennard
动态随机存储器(DRAM)1967Wanlass 及萨支唐互补式金氧半场效应晶体管(CMOS)1963Hoerni
平面化工艺
1960Noyce 单片集成电路1959Kilby 混合型集成电路1958Shockley 离子注入1958Sheftal 、Kokorlsh 及KrasiloV 化学气相淀积(CVD)外延晶体生长1957Frosch 及Derrick
氧化物掩蔽层
1957AndrMs 图形曝光抗蚀剂1957Pfann 扩散
1952welker 皿—v 族化合物1952Brid8man 理吉曼晶体生长1925 Czochralski 柴可拉斯基晶体生长1918作者/发明者
技术
公元现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论56/
半导体芯片的制造框图
15现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论57/典型的半导体芯片的制造流程现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论58/半导体芯片制造的关键步骤硅片制造工艺流程，光刻为核心现代半导体器件物理与工艺桂林电子科技大学概论59/半导体制造企业
半导体制造企业可划分为2类：
设计/制造企业：许多企业都集合了芯片设计和芯片制造，从芯片的前端设计到后端加工都在企业
内部完成。Intel 、IBM 、Motorola 、Samsung 、Hynix 、Infineon 、Philips 、
STmicroelectronics 等。
代工企业：
在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯片设计企业制造芯片，这类
企业称为晶圆代工厂（foundry ）。代工的出现是由于现代技术的飞速发展，越来
越多的技术需要更加细致的分工，这样可以部分降低企业的成本或风险。
比如显卡和主板，它的核心是图形处理器和芯片组，是由象nVIDIA 、ATI ，INTEL 、
AMD 、VIA 、SIS 、ALI 等一些顶级的芯片研发公司设计出来，然后委托给某些工
厂加工成芯片和芯片组。
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著名代工企业台积电（TSMC ）：如ATI 和nVIDIA 公司设计的图形处理芯片，或者VIA ，SIS ，ALI 设计的主板南北桥芯片组基本都是由TSMC 和UMC 这两家公司负责生产。TSMC 是由台湾“半导体教父”张忠谋先生创建。
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