《工程学概论》超大规模集成电路基础21988.pptx

《《工程学概论》超大规模集成电路基础21988.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《工程学概论》超大规模集成电路基础21988.pptx（32页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五章第五章 大规模集成电路基础大规模集成电路基础5.1半导体集成电路分类半导体集成电路分类5.2半导体集成电路概述半导体集成电路概述5.3 影响集成电路性能的因素和发展趋势影响集成电路性能的因素和发展趋势5.1、集成电路分类集成电路的分类器件结构类型集成电路规模使用的基片材料电路形式应用领域1.按器件结构类型分类双极集成电路：主要由双极晶体管构成双极集成电路：主要由双极晶体管构成 NPNNPN型双极集成电路型双极集成电路 PNPPNP型双极集成电路型双极集成电路金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体(MOS)(MOS)集成电路：主要由集成电路：主要由MOSMOS晶体管晶体管(单极晶体管单极晶体

2、管)构成构成 NMOSNMOS PMOSPMOSCMOS(互补MOS)双极双极-MOS(BiMOS)-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和集成电路：同时包括双极和MOSMOS晶体管的集成电路为晶体管的集成电路为BiMOSBiMOS集成电路，综集成电路，综合了双极和合了双极和MOSMOS器件两者的优点，但制作工艺器件两者的优点，但制作工艺复杂复杂优点是速度高、驱动能力强，优点是速度高、驱动能力强，优点是速度高、驱动能力强，优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低缺点是功耗较大、集成度较低缺点是功耗较大、集成度较低缺点是功耗较大、集成度较低功耗低、集成度高，随着特征功耗低、集成

3、度高，随着特征功耗低、集成度高，随着特征功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高尺寸的缩小，速度也可以很高尺寸的缩小，速度也可以很高尺寸的缩小，速度也可以很高2.按集成电路规模分类按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目。集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目。小规模集成电路小规模集成电路(Small Scale IC(Small Scale IC，SSI)SSI)中规模集成电路中规模集成电路(Medium Scale IC(Medium Scale IC，MSI)MSI)大规模集成电路大规模集成电路(Large Scale IC(Large Scale I

4、C，LSI)LSI)超大规模集成电路超大规模集成电路(Very Large Scale IC(Very Large Scale IC，VLSI)VLSI)特大规模集成电路特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC(Ultra Large Scale IC，ULSI)ULSI)巨大规模集成电路巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC(Gigantic Scale IC，GSIGSI）基基于于市市场场竞竞争争，不不断断提提高高产产品品的的性性能能价价格格比比是是微微电电子子技技术术发发展展的的动动力力。在在新新技技术术的的推推动动下下，集集成成电电路路自自发发明明以以来

5、来四四十十年年，集集成成电电路路芯芯片片的的集集成成度度每每三三年年提提高高4倍倍，而而加加工工特特征征尺尺寸寸缩缩小小 倍倍。这这就就是是由由Intel公公司司创创始始人人之之一一Gordon E.Moore博博士士1965年年总总结结的的规规律律，被被称为摩尔定律。称为摩尔定律。微电子技术发展的ROADMAP3.按结构形式的分类单片集成电路：它是指电路中所有的元器件都制作在同它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路一块半导体基片上的集成电路在半导体集成电路中最常用的半导体材在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅，除此之外还有料是硅，除此之外还有GaAsGaAs等等混合

6、集成电路：厚膜集成电路厚膜集成电路薄膜集成电路薄膜集成电路4.按电路功能分类数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等放大器、电压比较器、跟随器等非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路数模混合集成电路(Digital-Analog IC)：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等集

7、集成成电电路路的的分分类类5.2半导体集成电路概述半导体集成电路概述集成电路（集成电路（Intergrated Circuit，IC）芯片（芯片（Chip,Die）硅片（硅片（Wafer）集成电路的成品率：集成电路的成品率：Y=硅片上好的芯片数硅片上好的芯片数硅片上总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品率对集成电路厂家很重要集成电路发展的原动力：不断提高的性能集成电路发展的原动力：不断提高的性能/价格比价格比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、价格降低集成电路的性能指标：集

8、成电路的性能指标：集成度集成度 速度、功耗速度、功耗 特征尺寸特征尺寸 可靠性可靠性主要途径：缩小器件的特征尺寸主要途径：缩小器件的特征尺寸 增大硅片面积增大硅片面积集成电路的关键技术：光刻技术集成电路的关键技术：光刻技术(DUV)缩小尺寸：缩小尺寸：0.250.18m mm 0.09m mm增大硅片：增大硅片：8英寸英寸12英寸英寸亚亚0.1m mm：一系列的挑战，：一系列的挑战，亚亚50nm：关键问题尚未解决：关键问题尚未解决新的光刻技术：新的光刻技术：EUV SCAPEL(Bell Lab.的的E-Beam)X-ray集成电路的制造过程：集成电路的制造过程：设计设计 工艺加工工艺加工 测

9、试测试 封装封装定义电路的输入输出（电路指标、性能）定义电路的输入输出（电路指标、性能）原理电路设计原理电路设计电路模拟电路模拟(SPICE)布局布局(Layout)考虑寄生因素后的再模拟考虑寄生因素后的再模拟原型电路制备原型电路制备测试、评测测试、评测产品产品工艺问题工艺问题定义问题定义问题不符合不符合不符合不符合集成电路发展的原动力：不断提高的性能集成电路发展的原动力：不断提高的性能/价格比价格比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、价格降低集成电路的性能指标：集成电路的性能指标：集成度集成度 速度、功耗速度、功耗 特征尺寸特征尺寸 可靠性可靠性主要途径：缩小

10、器件的特征尺寸主要途径：缩小器件的特征尺寸 增大硅片面积增大硅片面积1.双极集成电路基础双极集成电路基础有源元件：有源元件：双极晶体管双极晶体管无源元件：电阻、电容、电感等无源元件：电阻、电容、电感等双极数字集成电路双极数字集成电路基本单元：逻辑门电路基本单元：逻辑门电路双极逻辑门电路类型：双极逻辑门电路类型：4电阻电阻-晶体管逻辑晶体管逻辑(RTL)4二极管二极管-晶体管逻辑晶体管逻辑(DTL)4晶体管晶体管-晶体管逻辑晶体管逻辑(TTL)4集成注入逻辑集成注入逻辑(I2L)4发射极耦合逻辑发射极耦合逻辑(ECL)双极模拟集成电路双极模拟集成电路一般分为：一般分为：线性电路（输入与输出呈线性

11、关系）线性电路（输入与输出呈线性关系）非线性电路非线性电路接口电路：如接口电路：如A/D、D/A、电平位移电路等、电平位移电路等2.MOS集成电路基础集成电路基础基本电路结构：基本电路结构：CMOSMOS集成电路集成电路数字集成电路、模拟集成电路数字集成电路、模拟集成电路MOS 数字集成电路数字集成电路基本电路单元：基本电路单元：CMOS开关开关 CMOS反相器反相器INOUTCMOS开关开关WWVDDINOUTCMOS反相器反相器VDDYA1A2与非门：与非门：Y=A1A25.3 影响集成电路性能的因素和发展趋势影响集成电路性能的因素和发展趋势器件的门延迟：器件的门延迟：迁移率迁移率 沟道长

12、度沟道长度电路的互连延迟：电路的互连延迟：线电阻（线尺寸、电阻率）线电阻（线尺寸、电阻率）线电容（介电常数、面积）线电容（介电常数、面积）途径：途径：提高迁移率，如提高迁移率，如GeSi材料材料减小沟道长度减小沟道长度互连的类别：互连的类别：芯片内互连、芯片间互连芯片内互连、芯片间互连 长线互连长线互连(Global)中等线互连中等线互连 短线互连短线互连(Local)门延迟时间与沟道长度的关系门延迟时间与沟道长度的关系减小互连的途径：减小互连的途径：增加互连层数增加互连层数 增大互连线截面增大互连线截面 Cu互连、互连、Low K介质介质 多芯片模块（多芯片模块（MCM）系统芯片（系统芯片（

13、System on a chip）减小特征尺寸、提高集成度、减小特征尺寸、提高集成度、Cu互连、系统优化设计、互连、系统优化设计、SOC集成电集成电路芯片路芯片中金属中金属互连线互连线所占的所占的面积与面积与电路规电路规模的关模的关系曲线系曲线 互连线宽与互连线延迟的关系互连线宽与互连线延迟的关系互连技术与器件特征尺寸的缩小互连技术与器件特征尺寸的缩小（资料来源：（资料来源：Solidstate Technology Oct.,1998Solidstate Technology Oct.,1998）Motorata开发的六层开发的六层Cu互连结构的相片互连结构的相片多层互连多层互连结束语谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH