Современное производство изделий микроэлектроники

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
В.Ю. ВАСИЛЬЕВ 
 
 
 
 
 
СОВРЕМЕННОЕ  
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ  
МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 
 

 

ББК 65.305.47я73 
         В 191 
 

Рецензенты: 

Глухов А.В., канд. техн. наук, заместитель генерального директора 
по научной работе АО «НПП «Восток» 
Илюшин В.А., канд. техн. наук, доцент кафедры ППиМЭ НГТУ  
 
Васильев В.Ю. 
В 191   
Современное производство изделий микроэлектроники: учебное 
пособие / В.Ю. Васильев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 88 с. 

ISBN 978-5-7782-3907-4 

В учебном пособии рассмотрена совокупность вопросов, связанных с организацией 
современной микроэлектронной отрасли и производства интегральных микросхем 
(ИМС). Основной стремительного роста микроэлектронной индустрии является открытый конкурентный заинтересованный рынок, который развивается за счет возникновения и формирования новых потребностей у потребителей, инвестиций в исследования 
материалов и технологий, развития новых технологий, производств, аппаратуры. Имеют место глобализация микроэлектронной индустрии и объединение усилий в рамках 
альянсов и ассоциаций для решения общих задач. Дается общее представление об 
устройстве типичного полупроводникового предприятия по производству чипов ИМС. 
Рассмотрены тенденции проектирования современного оборудования для производства 
ИМС. Имеет место постепенный перенос к изготовителям оборудования работ по разработке и интеграции отдельных технологических процессов, а также сервисного обслуживания потребителей. Кратко охарактеризована основная деятельность инженера 
на предприятии по производству ИМС. Главной задачей инженеров в производстве является повышение качества выпускаемой продукции. 
Учебное пособие разработано в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Семинары по специальности», образовательная программа 11.04.04. «Электроника и наноэлектроника», магистерская программа «Микро- и наноэлектроника». 
Рекомендуется для обучения бакалавров и магистрантов по направлениям 11.03.04 и 
11.04.04 («Электроника и наноэлектроника»), 28.03.01 и 28.04.01 («Нанотехнологии и 
микросистемная техника») в рамках семинаров по специальностям и по дисциплинам, 
связанным с преподаванием технологических процессов производства изделий микроэлектроники, микросистемной техники, наноэлектроники. 
Также рекомендуется для аспирантов  специальности 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи», представляет интерес для инженеров и технологов производства ИМС. 
 

ББК 65.305.47я73 

ISBN 978-5-7782-3907-4  
 
 
 
 
 
© Васильев В.Ю., 2019 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2019 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Настоящее учебное пособие основано на рабочих материалах, 
апробированных автором в течение 15 лет преподавания в Новосибирском государственном техническом университете на кафедре полупроводниковых приборов и микроэлектроники. Основной целью пособия 
является краткое введение студентов старших курсов, уже знакомых с 
основами технологии ИМС и базовыми технологическими процессами, 
в тематику современного производства ИМС, необходимую инженерам-технологам отечественного производства. 
Начавшись с изобретения первой планарной интегральной микросхемы в начале 1960-х годов [1, 2], к настоящему времени полупроводниковая отрасль (Semiconductor Industry) является одной из мощнейших отраслей мировой промышленности. После преодоления в 
2017 г. объема 400 млрд $ с темпами роста около 20 %, к 2020 г. ожидается превышение рубежа в 500 млрд $ [3]. Быстрое развитие микроэлектронных технологий (технологий интегральных микросхем, ИМС) 
и устройств на их основе сопровождается интенсивными разработками 
приборов, технологического, контрольно-измерительного и аналитического оборудования, разработкой уникальных технологических процессов, поиском новых химических реагентов, разработкой новых 
концепций сборочных операций. Результатом развития микроэлектронных технологий является формирование совокупности взаимосвязанных производств, где на одно рабочее место в микроэлектронике 
приходится десять и более мест в смежных отраслях. 
К настоящему моменту времени обширные систематизированные и 
обобщенные сведения о производстве и технологиях ИМС (большей 
частью с проектно-технологическими нормами (ПТН) выше ~ 0,1 мкм) 
исчерпывающе обобщены в ряде зарубежных монографий [4–16]. Особенностью развития микроэлектронных технологий является быстрое 
нарастание информационного потока по всей совокупности тематических вопросов при ограниченном доступе к информации, представля

ющей коммерческие или оборонные секреты. В связи с этим в течение 
нескольких календарных лет информация, в особенности связанная с 
рынком ИМС, значительно обновляется; соответственно, появляются 
или обновляются доступные тематические обзорные материалы. В связи с большим объемом накопленной информации целесообразно, по 
мнению автора, выделение и отслеживание основных тенденций и 
принципиальных изменений, анализ новых процессов и появляющихся 
новых направлений, продолжающих и расширяющих данные имеющихся публикаций. В пособии приведены некоторые полезные ссылки на 
информационные источники с открытой для широкого доступа информацией. Следует отметить, что наиболее ценная информация (например, 
аналитические отчеты по развитию технологий, рынку, новым приборам 
и материалам) представлена на английском языке на сайтах специализированных организаций и доступна за оплату в размере от нескольких 
тысяч долларов за материал. В связи с этим ограничением в пособии 
приведены ссылки на сайты отечественных организаций, где могут быть 
найдены некоторые переведенные и систематизированные зарубежные 
информационные материалы. 
При составлении пособия автор использовал личный опыт работы в 
1996–2000 гг. в качестве ведущего инженерно-технического сотрудника 
исследовательского отдела (Research & Development, R&D) на предприятии Fab 2 Chartered Semiconductor Manufacturing, Limited (CSM Ltd, 
позднее – Global Foundries), Сингапур. Предприятие изначально предполагаемое как предприятие чисто производственного профиля (тип 
предприятия – Foundry) было построено в сжатые сроки под патронажем государства, в полном соответствии со всеми требованиями отраслевых строительных норм, оснащено оборудованием для предполагаемых технологий производства ИМС и введено в эксплуатацию в 
1995 г. По состоянию на середину 1990-х годов Fab 2 CSM Ltd являлось одним из самых современных в своем классе, но не имело собственных технологий ИМС (технологических маршрутов). 
Обычно постановка базовой технологии ИМС на предприятиях типа Foundry осуществляется приобретением у предприятий-лидеров отрасли какой-либо разработанной ими технологии ИМС, как правило – 
предшествующего уровня ПТН. Под закупаемую технологию приобретается рекомендованный продавцом технологии комплект технологического оборудования (технологическая линейка). Для Fab 2 CSM Ltd 
базовой была технология КМОП ИМС с ПТН 0,5 мкм. Для разработки 
на ее основе перспективных технологий ИМС на предприятии впервые 

в мировой практике был создан исследовательский отдел R&D, задачей которого ставилось создание собственных технологий производства ИМС с ПТН 0,25 и 0,18 мкм и т. д. 
Для укомплектования R&D сотрудниками в 1995–1997 гг. проводился поиск персонала по всем странам мира, в том числе – в России. 
Автор пособия прошел заочный и очный конкурсные отборы, после 
чего был приглашен в числе других отобранных претендентов из России на работу по контракту в R&D со специализацией в области тонких пленок для микроэлектроники (Thin Films). Основой для 
принятия положительного решения о приеме на работу стал почти 
20-летний личный практический опыт исследований и разработок автора, изложенный в публикациях, авторских свидетельствах на изобретения и подтвержденный наличием степени кандидата наук в области 
физической химии. 
Поскольку тип предприятия Foundry изначально не предполагает 
существования подразделения R&D в структуре, его организация была экспериментом, поддерживаемым руководством в 1996–2000 гг. 
В это время на предприятии стимулировалась интенсивная научнотехническая деятельность отдела R&D: создавались собственные 
маршруты ИМС, поддерживались исследовательские работы в области технологии ИМС, материально поощрялось патентование оригинальных результатов и участие в работе многочисленных международных конференций, публикация статей и т. д. Особенностью развития предприятия в то время было оснащение новейшим оборудованием (в том числе – для тонких пленок), необходимым для создания 
многоуровневых ИМС с алюминиевой и медной металлизацией. Тонкопленочные технологии являются ключевыми технологиями современного производства многоуровневых субмикронных ИМС, поскольку замыкают на себе широкий круг технологических вопросов: от химической обработки исходных поверхностей до анализа состава, 
структуры и свойств синтезируемых в процессе производства тонкопленочных материалов и их изменений при последующих технологических операциях в маршруте ИМС. 
Участие автора в разработках и исследованиях с личным доступом 
практически ко всем необходимым типам самого современного технологического и аналитического оборудования предприятия позволило 
приобрести разносторонний личный опыт, который включал: практическую работу на автоматизированном оборудовании ведущих мировых производителей, опыт обучения устройству и работе новейшего 

оборудования у ведущего американского производителя, освоение 
всех сопутствующих проблем технологий (как организации, так и технологии), опыт переговоров с производителями оборудования, опыт 
постановки и выполнения технологически ориентированных исследований в инженерных группах, опыт написания отчетов, патентов США, 
научных статей, выступлений на международных конференциях, а 
также языковое совершенствование на профессиональном уровне. 
Помимо технического опыта в области тонких пленок для современных ИМС, автор считает особо значимым приобретение знаний в 
области организации и функционирования современного микроэлектронного предприятия. К этому относятся: производственные взаимоотношения в многонациональных коллективах инженеров (в том числе – сильно различающегося уровня технической и языковой подготовки), взаимодействие инженерных групп с производственным персоналом в ходе разработок и их внедрения в производство, участие в 
совещаниях и коллективных исследованиях по анализу технологических браков, а также опыт использования новейших приборов для контроля технологий и организации аналитических лабораторий на предприятиях. Все перечисленное позволяет автору адекватно осветить вопросы современного микроэлектронного производства и организации 
и функционирования современного микроэлектронного предприятия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Глава 1 

КРАТКИЕ ВВОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ  
И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  
ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ОТРАСЛИ 

1.1. ОСНОВНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ 

Тематическими источниками информации в области ИМС являются: 
– материалы производителей изделий на веб-сайтах; 
– оригинальные статьи в журналах и в материалах конференций; 
– оригинальные 
базовые 
обобщающие 
монографии, 
научнотехнические обзоры, презентации; 
– производные от базовых источников: презентации, статьи, лекции, веб-сайты научно-популярных и информационных компаний; 
– оригинальные заказные отчеты информационно-аналитических 
компаний. 
Из перечисленных наиболее информативными являются материалы 
веб-сайтов (в том числе периодические издания этих сайтов) (табл. 1.1) 
и информационно-аналитические отчеты специализированных аналитических и исследовательских (в том числе оборонных) компаний 
(табл. 1.2). Негативная сторона последних – высокая цена. Краткие 
сведения об отчетах публикуются на сайтах в виде рекламных материалов, которые в общем виде дают представление об объеме и направлениях проведенных исследований. Отчеты включают: введение, оглавление, определения, изложение методологии проведения исследований, 
постановку задач, содержательную часть исследований, характеристику 
компаний, упомянутых в отчетах, а также меньшие или большие по объему приложения. Оглавления дают возможность сравнения содержания 
отчетов разных аналитических компаний. Для информационно-аналитической компании Yole Developpement можно отметить существенно 

более развернутые данные о подготовленных отчетах, дополнительное 
бесплатное приложение в виде краткой презентации содержания каждого отчета, а также публикации некоторых информационных данных 
из отчетов. 
Примеры отчетов аналитических компаний приведены в табл. 1.3. 
Спустя некоторое время после их публикации в сети Интернет в открытом доступе могут быть найдены многочисленные информационные заимствования из таких отчетов, в том числе и на русском языке. 

Т а б л и ц а  1.1 

Примеры открытых периодических источников информации 

Источник 
информации 
Наименование 
Ссылка на источник 

Веб-сайт 
ЕЕ Times 
http://www.eetimes.com/electronics-news 

Веб-сайт 
IHS 
http://www.ihs.com 
(http://www.isuppli.com) 

Веб-сайт 
экспрессжурнал 
Electronics Weekly 
http://www.electronicsweekly.com 
Журнал целиком распространяется по 
индивидуальной подписке 

Веб-сайт, 
журнал 
Solid State 
Technology 

http://www.electroiq.com/index.html 
Журнал целиком распространяется по 
индивидуальной подписке 

Веб-сайт, 
экспрессинформация 

ЦНИИ «Электроника» 

http://www.instel.ru 
Распространяется свободно и по подписке, двухнедельная перидичность 

Веб-сайт 
Время электроники 
http://www.russianelectronics.ru/leaderr/review 

Веб-сайт 
CNEWS 
http://www.cnews.ru 

Веб-сайт 
3DNews 
http://www.3dnews.ru 

Т а б л и ц а  1.2 

Примеры базовых источников информации в сети Интернет 

Источник информации 
Веб-сайт 

Аналитические компании и организации 

Yole Developpement (Франция) 
http://www.yole.fr 
http://www.i-micronews.com/reports 

О к о н ч а н и е  т а б л .  1.2 

Источник информации 
Веб-сайт 

BCC Research (Великобритания) 
http://www.bccresearch.com 

IC Insights (США) 
http://www.icinsights.com 

Оборонные организации 

Defence Advances Research Project 
Agency, DARPA (США) 
http://www.darpa.mil 
http://www.darpa.mil/Our_Work/MTO
Focus_Areas 
/Microelectromechanical_Systems.aspx 

Sandia National Laboratiries (США) 
http://www.sandia.gov 
http://MEMS.sandia.gov 

Т а б л и ц а  1.3 

Сравнительные сведения по отчетам по тематике МЭМС 

Компания 
Название отчета 
Год 
Стр. 
Цена 

Yole Developpement 
Status of the MEMS Industry 2016 
2016 
235 
6490 € 

BCC 
Research 

Microelectromechanical 
Systems 
(MEMS) Technology: Current and 
Future Markets 

2010 
194 
4633 € 

IC Insights 
O-S-D Report 2013 
2013 
350 
3090 $ 

The 
Information 
Network 

The Global MEMS Device, Equipment, 
and Materials Markets: Forecasts and 
Strategies for Vendors and Foundries 

2011 
199 
2495 $ 

IDTechEx 
Internet of Things (IoT): Business 
Opportunities 2015–2025 
2014 
153 
4975 $ 

1.2. НЕКОТОРЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

Микроэлектроника – раздел электроники, занимающейся разработкой, изготовлением и использованием интегральных микросхем (ИМС), 
т. е. устройств, имеющих минимально возможные габариты и высокую 
надежность, изготавливаемых на основе интегрально-групповой технологии. 

Интегральная технология – изготовление большего числа изделий 
в едином технологическом процессе. 
Групповая технология – изготовление большего числа изделий с 
использованием малого числа технологических процессов. 
Микроэлектронику подразделяют на интегральную электронику и 
функциональную электронику. Интегральная электроника обобщает 
сведения о принципе действия, конструирования и изготовления ИМС, 
в составе которых собрано большое число транзисторов, резисторов и 
других элементов, выполненных на одном кристалле в едином технологическом процессе. 
Основой ИМС служат кристаллы кремния или, например, арсенид 
галлия. Однако на сегодняшний день более 90 % ИМС изготавливаются на основе кремния. Рассматриваемые в пособии ИМС называют 
также монолитными, твердотельными, полупроводниковыми ИМС. 
Кремниевая основа ИМС представляет собой круглую подложку 
или пластину (wafer, substrate) диаметром до 300 мм и толщиной примерно 500–800 мкм. Наиболее востребованы подложки с кристаллографической ориентацией <100>, которые изготавливаются специализированными предприятиями и поставляются на предприятия микроэлектроники «под заказ». В настоящее время серийное производство 
ИМС ведется на подложках диаметром 200–300 мм. 
Укрупненно последовательность изготовления ИМС (device, microcircuit) включает: изготовление подложек по групповым технологиям и 
разделение (скрайбирование, резка) готовой пластины на отдельные 
кристаллы или чипы (согласно общепринятому определению, chip – 
это небольшой некорпусированный функциональный элемент, полученный разделением подложки из полупроводникового материала, используется также термин die). Далее производят монтаж чипа в корпус 
(сборка, корпусирование) и контроль параметров, измерения и испытания готовой ИМС (рис. 1.1). 
В производстве ИМС используются различные технологические 
процессы (Processes) групповой технологии, основанные на физикохимических явлениях. Определенная последовательность (перечень) 
технологических процессов, необходимая для получения желаемого 
результата, называется технологическим маршрутом (Process flow).  
В маршрут включаются, например, операции: химической обработки, 
диффузии примесей, окисления, фотолитографии, химического (или 
иного) травления материалов, напыления металлических слоев, финишной пассивации и т. д. В маршруте принято указывать основные