大规模集成电路基础.ppt

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半导体集成电路概述
双极集成电路基础
MOS集成电路基础
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3. 1 半导体集成电路概述
集成电路(Intergrated Circuit,IC)
电路中的有源元件(二极管、晶体管等)、无源元件(电阻和电容等)以及它们之间的互连引线等一起制作在半导体衬底上,形成一块独立的不可分的整体电路,IC的各个引出端(又称管脚)就是该电路的输入、输出、电源和地等的接线端。
有源元件:需能(电)源的器件叫有源器件,。有源器件一般用来信号放大、变换等,IC、模块等都是有源器件。
无源元件:无需能(电)源的器件就是无源器件。无源器件用来进行信号传输,或者通过方向性进行“信号放大”。容、阻、感都是无源器件,
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集成电路的性能指标:
集成度
速度、功耗
特征尺寸
可靠性
功耗延迟积:又称电路的优值,电路的延迟时间与功耗相乘,该值越小,IC的速度越快或功耗越低,性能也好。
特征尺寸:IC中半导体器件的最小尺度,如MOSFET的最小沟道长度或双极晶体管中的最小基区宽度,这是衡量IC加工和设计水平的重要参数,特征尺寸越小,加工精度越高,可能达到的集成度也越大,性能越好。
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集成电路制造过程中的成品率:
Y=
硅片上好的芯片数
硅片上总的芯片数
100%
成品率的检测,决定工艺的稳定性,成品率对集成电路厂家很重要
成品率是芯片面积和缺陷密度的函数:
(1)Seed模型,
A芯片面积,D缺陷密度,该模型通常适用于面积较大的芯片和成品率低于30%的情况。
(2)Murphy模型,
面积较小的芯片和成品率高于30%
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芯片(Chip) 指没有封装的单个集成电路
硅片(Wafer) 包含成千上百个芯片的大圆硅片
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集成电路的制造过程:
设计工艺加工测试封装
定义电路的输入输出(电路指标、性能)
原理电路设计
电路模拟(SPICE)
布局(Layout)
考虑寄生因素后的再模拟
原型电路制备
测试、评测
产品
工艺问题
定义问题
不符合
不符合
集成电路发展的原动力:不断提高的性能/价格比
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集成电路的关键技术:光刻技术(DUV)
缩小尺寸:~,增大硅片:8英寸~12英寸
:一系列的挑战,
亚50nm:关键问题尚未解决
新的光刻技术:
EUV
SCAPEL(Bell -Beam)
X-ray
集成电路发展的特点:性能提高、价格降低
主要途径:缩小器件的特征尺寸
增大硅片面积
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集成电路产业的发展趋势:
独立的设计公司(Design House)
独立的制造厂家(标准的Foundary)
集成电路类型:数字集成电路、模拟集成电路
数字集成电路基本单元:开关管、反相器、组合逻辑门
模拟集成电路基本单元:放大器、电流源、电流镜、转换器等
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1947年,肖克莱(Shockley)点接触双极型晶体管
1950年,结型晶体管出现
1952年,“固体功能块”设想
1958年,、电容和晶体管,实现内部平面连接,制出了由硅PN结电容、硅电阻器和硅晶体管组成的全硅材料的相移振荡器。
1959年,采用反向PN结隔离的全平面工艺硅半导体集成电路。
1961年,RTL系列的数字集成电路问世,随后,DTL/TTL/ECL/MOS集成电路出现,IC飞速发展,成本下降。
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