《工程學(xué)概論》超大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)

第五章大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)5.1半導(dǎo)體集成電路分類5.2半導(dǎo)體集成電路概述5.3影響集成電路性能的因素和發(fā)展趨勢5.1、集成電路分類集成電路的分類器件結(jié)構(gòu)類型集成電路規(guī)模使用的基片材料電路形式應(yīng)用領(lǐng)域1.按器件結(jié)構(gòu)類型分類雙極集成電路：主要由雙極晶體管構(gòu)成NPN型雙極集成電路PNP型雙極集成電路金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)集成電路：主要由MOS晶體管(單極晶體管)構(gòu)成NMOSPMOSCMOS(互補MOS)雙極-MOS(BiMOS)集成電路：同時包括雙極和MOS晶體管的集成電路為BiMOS集成電路，綜合了雙極和MOS器件兩者的優(yōu)點，但制作工藝復(fù)雜優(yōu)點是速度高、驅(qū)動能力強，缺點是功耗較大、集成度較低功耗低、集成度高，隨著特征尺寸的縮小，速度也可以很高2.按集成電路規(guī)模分類集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目。小規(guī)模集成電路(SmallScaleIC，SSI)中規(guī)模集成電路(MediumScaleIC，MSI)大規(guī)模集成電路(LargeScaleIC，LSI)超大規(guī)模集成電路(VeryLargeScaleIC，VLSI)特大規(guī)模集成電路(UltraLargeScaleIC，ULSI)巨大規(guī)模集成電路(GiganticScaleIC，GSI）

基于市場競爭，不斷提高產(chǎn)品的性能價格比是微電子技術(shù)發(fā)展的動力。在新技術(shù)的推動下，集成電路自發(fā)明以來四十年，集成電路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸縮小

倍。這就是由Intel公司創(chuàng)始人之一GordonE.Moore博士1965年總結(jié)的規(guī)律，被稱為摩爾定律。微電子技術(shù)發(fā)展的ROADMAP3.按結(jié)構(gòu)形式的分類單片集成電路：它是指電路中所有的元器件都制作在同一塊半導(dǎo)體基片上的集成電路在半導(dǎo)體集成電路中最常用的半導(dǎo)體材料是硅，除此之外還有GaAs等混合集成電路：厚膜集成電路薄膜集成電路4.按電路功能分類數(shù)字集成電路(DigitalIC)：它是指處理數(shù)字信號的集成電路，即采用二進制方式進行數(shù)字計算和邏輯函數(shù)運算的一類集成電路模擬集成電路(AnalogIC)：它是指處理模擬信號(連續(xù)變化的信號)的集成電路線性集成電路：又叫做放大集成電路，如運算放大器、電壓比較器、跟隨器等非線性集成電路：如振蕩器、定時器等電路數(shù)模混合集成電路(Digital-AnalogIC)：例如數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器等集成電路的分類5.2半導(dǎo)體集成電路概述集成電路（IntergratedCircuit，IC）芯片（Chip,Die）硅片（Wafer）集成電路的成品率：Y=硅片上好的芯片數(shù)硅片上總的芯片數(shù)100%成品率的檢測，決定工藝的穩(wěn)定性，成品率對集成電路廠家很重要集成電路發(fā)展的原動力：不斷提高的性能/價格比集成電路發(fā)展的特點：性能提高、價格降低集成電路的性能指標(biāo)：集成度速度、功耗特征尺寸可靠性主要途徑：縮小器件的特征尺寸增大硅片面積集成電路的關(guān)鍵技術(shù)：光刻技術(shù)(DUV)縮小尺寸：0.25~0.18mm~0.09mm增大硅片：8英寸~12英寸亞0.1mm：一系列的挑戰(zhàn)，亞50nm：關(guān)鍵問題尚未解決新的光刻技術(shù)：EUVSCAPEL(BellLab.的E-Beam)X-ray集成電路的制造過程：設(shè)計工藝加工測試封裝定義電路的輸入輸出（電路指標(biāo)、性能）原理電路設(shè)計電路模擬(SPICE)布局(Layout)考慮寄生因素后的再模擬原型電路制備測試、評測產(chǎn)品工藝問題定義問題不符合不符合集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢：獨立的設(shè)計公司（DesignHouse）獨立的制造廠家（標(biāo)準(zhǔn)的Foundary）集成電路類型：數(shù)字集成電路、模擬集成電路數(shù)字集成電路基本單元：開關(guān)管、反相器、組合邏輯門模擬集成電路基本單元：放大器、電流源、轉(zhuǎn)換器等集成電路發(fā)展的原動力：不斷提高的性能/價格比集成電路發(fā)展的特點：性能提高、價格降低集成電路的性能指標(biāo)：集成度速度、功耗特征尺寸可靠性主要途徑：縮小器件的特征尺寸增大硅片面積1.雙極集成電路基礎(chǔ)有源元件：雙極晶體管無源元件：電阻、電容、電感等雙極數(shù)字集成電路基本單元：邏輯門電路雙極邏輯門電路類型：電阻-晶體管邏輯(RTL)二極管-晶體管邏輯(DTL)晶體管-晶體管邏輯(TTL)集成注入邏輯(I2L)發(fā)射極耦合邏輯(ECL)雙極模擬集成電路一般分為：線性電路（輸入與輸出呈線性關(guān)系）非線性電路接口電路：如A/D、D/A、電平位移電路等2.MOS集成電路基礎(chǔ)基本電路結(jié)構(gòu)：CMOSMOS集成電路數(shù)字集成電路、模擬集成電路MOS數(shù)字集成電路基本電路單元：CMOS開關(guān)CMOS反相器INOUTCMOS開關(guān)WWVDDINOUTCMOS反相器VDDYA1A2與非門：Y=A1A25.3影響集成電路性能的因素和發(fā)展趨勢器件的門延遲：遷移率溝道長度電路的互連延遲：線電阻（線尺寸、電阻率）線電容（介電常數(shù)、面積）途徑：提高遷移率，如GeSi材料減小溝道長度互連的類別：芯片內(nèi)互連、芯片間互連長線互連(Global)中等線互連短線互連(Local)門延遲時間與溝道長度的關(guān)系減小互連的途徑：增加互連層數(shù)增大互連線截面Cu互連、LowK介質(zhì)多芯片模塊（MCM）系統(tǒng)芯片（Systemonachip）減小特征尺寸、提高集成度、Cu互連、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、SOC集成電路芯片中金屬互連線所占的面積與電路規(guī)模的關(guān)系曲線

互連線寬與互連線延遲的關(guān)系互連技術(shù)與器件特征尺寸的縮?。ㄙY料來源：SolidstateTechnologyOct.,1998）Motorata開發(fā)的六層Cu互連結(jié)構(gòu)的相片多層互連結(jié)束語樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。12月-2412月-24Sunday,December8,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。11:12:4011:12:4011:1212/8/202411:12:40AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2411:12:4011:12Dec-2408-Dec-24加強交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。11:12:4011:12:4011:12Sunday,December8,2024安全在于心細，事故出在麻痹。12月-2412月-2411:12:4011:12:40December8,2024踏實肯干，努力奮斗。2024年12月8日11:12上午12月-2412月-24追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。08十二月202411:12:40上午11:12:4012月-24嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月2411:12上午12月-2411:12December8,2024作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2024/12/811:12:4011:12:4008December2024好的事情馬上就會到來，一切都是最好的安排。11:12:40上午11:12上午11:12:4012月-24專