半導體集成電路

1、編輯ppt1半導體集成電路天津大學ASIC設(shè)計中心 高靜編輯ppt2o我的聯(lián)系方式：Email: 綜合實驗樓808編輯ppt3集成電路（integrated circuit ,IC）o什么是集成電路？o集成電路是相對于分立器件電路而言的，集成電路采用半導體制作工藝，將某一電路所需的若干元器件（晶體管；二極管；電阻和電容）均制作于一個（或幾個）基片上，通過布線連接構(gòu)成的完整電路。編輯ppt4集成電路的特點 vs 分立元件電路1. 單個分立元器件的精度不高，受溫度影響也較大，但在同一硅片上用相同工藝制造出來的元器件性能比較一致，對稱性好，相鄰元器件的溫度差別小，因而同一類元器件溫度特性也基本一致2

2、.就單個元器件而言，性能參數(shù)的絕對誤差可能比較大，而同類元器件性能參數(shù)之比值比較精確；3.集成電阻及電容的數(shù)值范圍窄，數(shù)值較大的電阻、電容占用硅片面積大。集成電阻一般在幾十幾十 k范圍內(nèi)，電容一般為幾十pF。電感很難集成編輯ppt5認識晶圓和集成電路編輯ppt6裸片編輯ppt7鍵合（連接到封裝的引線）編輯ppt8封裝，成品編輯ppt9應(yīng)用編輯ppt10摩爾定律(Moores Law)oMoores law : the number of components per IC doubles every 18 months.oMoores law hold to this day.編輯ppt11I

3、ntel的CPU驗證摩爾定律編輯ppt12The first microprocess (1971 Intel 4004) 編輯ppt13Intel 486處理器芯片內(nèi)集成了125萬個晶體管編輯ppt14Pentium 4 (Intel 2000)集成了4200萬個晶體管，主頻為1.3GHz2GHz transistors，0.18m工藝編輯ppt15o代號為Dunnington的六核處理器 （2008年）編輯ppt16oIntel官方展示的32nm GPU+CPU Clarkdale （2009年）Intel推出的這款32nm工藝雙核心處理器，擁有4M緩存，支持Hyper-Threading

4、，內(nèi)置有雙通道DDR3內(nèi)存控制器以及集成顯示核心。Clarkdale基于的是代號為Westmere的微處理器架構(gòu)。 編輯ppt17未來：超越還是拯救摩爾定律？oIntel的22nm和意法半導體、臺積電的28nm工藝在2011量產(chǎn)，而三星、臺聯(lián)電（UMC）和Global Foundries的28nm在2012年實現(xiàn)量產(chǎn)。o摩爾定律一直是指揮半導體發(fā)展，半導體的發(fā)展始終徘徊在這條定律左右。不過，摩爾定律始終是個有著物理極限的構(gòu)想，而隨著技術(shù)不斷前行，這個極限已經(jīng)在觸手可及的不遠處。編輯ppt18半導體制造未來的技術(shù)發(fā)展沿兩大主線展開第一條主線是“超越摩爾”（More than Moore），在一個

5、系統(tǒng)封裝內(nèi)整合不同類型的技術(shù)，包括3D技術(shù)。這條主線還包括克服技術(shù)挑戰(zhàn)，例如，在系統(tǒng)封裝內(nèi)的裸片之間的連接、測試和熱管理。未來的制程研發(fā)還包括我們稱之為“增值衍生技術(shù)”，例如，模擬器件、影像芯片、嵌入式非易失性存儲器、智能功率、量子技術(shù)以及MEMS技術(shù)。第二條主線是“跟隨摩爾定律”，我們稱之為“更摩爾”（More Moore）。在晶片上集成更小的晶體管，降低臨界尺寸。在實現(xiàn) 28nm后，隨后就是20 nm和14 nm。編輯ppt19o作為摩爾定律堅定的支持者和半導體制造工藝的領(lǐng)導者，Intel一直在堅持用技術(shù)研發(fā)為摩爾定律延長壽命。oIntel在2011宣布在22nm工藝中采用全新的FINFE

6、T 3D制造工藝，半導體制造要正式邁入3D時代，F(xiàn)INFET比起之前類3D的TSV技術(shù)以及現(xiàn)有的平面結(jié)構(gòu)技術(shù)，在漏電控制和制程變差方面性能更加優(yōu)異，而且其晶體管密度也相對更高，能夠?qū)⒛柖傻膲勖娱L至少1-2代制程。編輯ppt20o盡管Intel已經(jīng)宣稱采用FINFET技術(shù)制造22nm芯片，但是實際效果如何還是個未知數(shù)，而3D工藝能否挽救即將接近物理極限的摩爾定律尤未可知。o3D工藝下的全新半導體制造是否還是屬于摩爾定律的范疇已經(jīng)不再重要，因為無論是22nm還是14nm，都距離理論上的摩爾定律物理極限相去甚遠，讓摩爾定律失靈的最大可能原因不是技術(shù)上的物理極限無法超越，而是經(jīng)濟層面的摩爾定律已

7、經(jīng)失衡，也就是說，小尺寸的半導體生產(chǎn)工藝實現(xiàn)起來不是太大的問題，而小尺寸芯片的設(shè)計加制造的總成本，以現(xiàn)有單個芯片的銷售情況而言，很難通過直接的市場銷售收回投入。編輯ppt21集成電路的分類o按功能結(jié)構(gòu)分類 ：o集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。 o 模擬集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號（指幅度隨時間連續(xù)變化的信號。例如半導體收音機的音頻信號、錄放機的磁帶信號等）；o數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號（指在時間上和幅度上離散取值的信號）。編輯ppt22集成電路的分類o按制作工藝分類 ：o 集成電路按制作工藝可分為半導體集成電路和薄膜集成電路

8、。 o 膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。編輯ppt23集成電路的分類o按集成度高低分類 ：o 集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。編輯ppt24o對模擬集成電路， 100個大規(guī)模集成電路；o對數(shù)字集成電路 1100小規(guī)模集成電路， 1001000中規(guī)模集成電路 1000100,000大規(guī)模集成電路 10,000以上超大規(guī)模集成電路。 編輯ppt25集成電路的分類o按導電類型不同分類 ：o 集成電路按導電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路。 雙極型集成電路的制作工藝復雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、STT

9、L，I2L等類型。 單極型集成電路的制作工藝簡單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。 編輯ppt26集成電路的分類o按用途分類 集成電路按用途可分為 電視機用集成電路 電腦（微機）用集成電路 通信用集成電路 手機用集成電路 多媒體用集成電路 汽車用 醫(yī)療用.編輯ppt27集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢1) 特征尺寸：微米亞微米深亞微米，目前的主流工藝是0.13m， 0.11m，90nm，45nm；2) 電路規(guī)模：LSISOC；3）晶圓的尺寸增加, 當前的主流晶圓的尺寸為8英寸, 和12英寸；4）集成電路的規(guī)模不斷提高, intel 09年推出的處理器已

10、超過20億晶體管, DRAM已達Gb規(guī)模；編輯ppt285）集成電路的速度不斷提高, CMOS工藝做出了主時鐘2GHz的CPU ； 10Gbit/s的高速電路和6GHz的射頻電路；6）集成電路復雜度不斷增加，系統(tǒng)芯片或稱芯片系統(tǒng)SoC(System-on-Chip)成為開發(fā)主流；7）設(shè)計能力落后于工藝制造能力；8）電路設(shè)計、工藝制造、封裝的分立運行為發(fā)展無生產(chǎn)線（Fabless）和無芯片（Chipless）集成電路設(shè)計提供了條件，為微電子領(lǐng)域發(fā)展知識經(jīng)濟提供了條件。編輯ppt29集成電路設(shè)計需要的知識范圍1) 系統(tǒng)知識：計算機/ 通信/ 信息/ 控制等學科2) 電路知識：模擬/ 數(shù)字/ 模數(shù)混

11、合/ RFIC / MMIC3) 工具知識：相應(yīng)的軟件工具4) 工藝知識：元器件特性和模型/ 工藝原理和過程編輯ppt30課程內(nèi)容介紹本課程主要介紹三部分內(nèi)容：o集成電路基本知識：雙極、MOS、BiCOMS集成電路工藝、集成電路中元器件的形成、特性及寄生效應(yīng)。o雙極集成電路單元oMOS（CMOS）集成電路單元和模塊、組合和時序電路編輯ppt31參考教材o半導體集成電路，朱正涌編著，清華大學出版社 o集成電路原理與設(shè)計，甘學溫等編著，北京大學出版社o數(shù)字集成電路設(shè)計透視， Jan M. Rabaey著，英文影印，清華大學出版社， o數(shù)字集成電路-電路、系統(tǒng)與設(shè)計周潤德譯，電子工業(yè)出版社出版編輯ppt32課程參考書目及要求a)器件原理部分： 書目：半導體物理 晶體管原理 要求：熟悉晶體管單結(jié)特性及相關(guān)公式；熟悉晶體管雙結(jié)特性及部分相關(guān)公式；熟悉晶體管瞬態(tài)（頻率）特性。編輯ppt33ob)工藝原理部分：書目： 半導體器件工藝原理； 超大規(guī)模集成電路技術(shù)基礎(chǔ) 集成電路制造技術(shù) 要求：熟悉pn結(jié)形成的工藝原理及平面結(jié)