《大規(guī)模集成電路基炊微電子學(xué)概論》-Cha.ppt

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北京大學(xué) 大規(guī)模集成電路基礎(chǔ) 3 1半導(dǎo)體集成電路概述 集成電路 IntegratedCircuit IC 芯片 Chip Die 硅片 Wafer 集成電路的成品率 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 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 功耗延遲積 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 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 標準的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 電流鏡 轉(zhuǎn)換器等 3 2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 3 3MOS集成電路基礎(chǔ) 基本電路結(jié)構(gòu) MOS器件結(jié)構(gòu) 基本電路結(jié)構(gòu) CMOS 基本電路結(jié)構(gòu) CMOS MOS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 CMOS開關(guān) W W VDD IN OUT CMOS反相器 VDD Y A1 A2 與非門 Y A1A2 3 4影響集成電路性能的因素和發(fā)展趨勢 有源器件無源器件隔離區(qū)互連線鈍化保護層寄生效應(yīng) 電容 有源器件 電阻 電感 3 4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 門延遲時間與溝到長度的關(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小 資料來源 SolidstateTechnologyOct 1998 集成電路中的材料 小結(jié) Bipolar 基區(qū) Base 基區(qū)寬度Wb發(fā)射區(qū) Emitter 收集區(qū) Collector NPN PNP共發(fā)射極特性曲線放大倍數(shù) 特征頻率fT 小結(jié) MOS 溝道區(qū) Channel 溝道長度L 溝道寬度W柵極 Gate 源區(qū) 源極 Source 漏區(qū) 漏極 Drain NMOS PMOS CMOS閾值電壓Vt 擊穿電壓特性曲線 轉(zhuǎn)移特性曲線泄漏電流 截止電流 驅(qū)動電流 導(dǎo)通電流 小結(jié) 器件結(jié)構(gòu) 雙極器件的縱向截面結(jié)構(gòu) 俯視結(jié)構(gòu)CMOS器件的縱向截面結(jié)構(gòu) 俯視結(jié)構(gòu)CMOS反相器的工作原理IC 有源器件 無源器件 隔離區(qū) 互連線 鈍化保護層 作業(yè) 畫出CMOS反相器的截面圖和俯視圖畫出雙極晶體管的截面圖和俯視圖