大规模集成电路基础.ppt

主要内容??微电子技术简介微电子技术简介??半导体物理和器件物理基础半导体物理和器件物理基础??大规模集成电路基础大规模集成电路基础??集成电路制造工艺集成电路制造工艺??集成电路设计集成电路设计??集成电路设计的集成电路设计的 CAD CAD 系统系统??几类重要的特种微电子器件几类重要的特种微电子器件??微机电系统微机电系统??微电子技术发展的规律和趋势微电子技术发展的规律和趋势 半导体集成电路概述半导体集成电路概述 双极集成电路基础双极集成电路基础 MOS MOS 集成电路基础集成电路基础 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, 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。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% AD Y e ?? 21 ADeY AD ?? ???? ?? ?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/价格比集成电路的关键技术:光刻技术(DUV) 缩小尺寸: ~ ?m,增大硅片: 8英寸~12 ?m: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 Lab. 的 E-Beam) X-ray 集成电路发展的特点:性能提高、价格降低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