《大规模集成电路基炊微电子学概论》Cha.ppt

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1、北京大学,大规模集成电路基础,3.1半导体集成电路概述,集成电路（Integrated Circuit，IC）,芯片（Chip,Die）硅片（Wafer）,集成电路的成品率：,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,集成电路发展的原动力：不断提高的性能/价格比,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：集成度 速度、功耗 特征尺寸 可靠性,主要途径：缩小器件的特征尺寸 增大硅片面积,功耗 延迟积,集成电路的关键技术：光刻技术(DUV),缩小尺寸：0.250.18mm增大硅片：8英寸12英寸,亚0.1mm：一系列的挑战，亚50nm：关键问题尚未解决,新的光刻

2、技术：EUV SCAPEL(Bell Lab.的E-Beam)X-ray,集成电路的制造过程：设计 工艺加工 测试 封装,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,3.2 双极集成电路基础,有源元件：双极晶体管无源元件：电阻、电容、电感等,双极数字集成电路,基本单元：逻辑门电路,双极逻辑门电路类型：电阻-晶体管逻辑(RTL)二极管-晶体管逻辑(DTL)晶体管-晶体管逻辑(TTL)集成注

3、入逻辑(I2L)发射极耦合逻辑(ECL),双极模拟集成电路,一般分为：线性电路（输入与输出呈线性关系）非线性电路接口电路：如A/D、D/A、电平位移电路等,3.3 MOS集成电路基础,基本电路结构：MOS器件结构,基本电路结构：CMOS,基本电路结构：CMOS,MOS集成电路数字集成电路、模拟集成电路,MOS 数字集成电路,基本电路单元：CMOS开关 CMOS反相器,CMOS开关,W,W,VDD,IN,OUT,CMOS反相器,VDD,Y,A1,A2,与非门：Y=A1A2,3.4 影响集成电路性能的因素和发展趋势,有源器件无源器件隔离区互连线钝化保护层寄生效应：电容、有源器件、电阻、电感,3.4

4、 影响集成电路性能的因素和发展趋势,器件的门延迟：迁移率 沟道长度,电路的互连延迟：线电阻（线尺寸、电阻率）线电容（介电常数、面积）,途径：提高迁移率，如GeSi材料减小沟道长度,互连的类别：芯片内互连、芯片间互连 长线互连(Global)中等线互连 短线互连(Local),门延迟时间与沟到长度的关系,减小互连的途径：增加互连层数 增大互连线截面 Cu互连、Low K介质 多芯片模块（MCM）系统芯片（System on a chip）,减小特征尺寸、提高集成度、Cu互连、系统优化设计、SOC,集成电路芯片中金属互连线所占的面积与电路规模的关系曲线,互连线宽与互连线延迟的关系,互连技术与器件特

5、征尺寸的缩小（资料来源：Solidstate Technology Oct.,1998）,集成电路中的材料,小结：Bipolar：,基区(Base)，基区宽度Wb发射区(Emitter)收集区(Collector)NPN，PNP共发射极特性曲线放大倍数、特征频率fT,小结：MOS,沟道区(Channel)，沟道长度L，沟道宽度W栅极(Gate)源区/源极(Source)漏区/漏极(Drain)NMOS、PMOS、CMOS阈值电压Vt，击穿电压特性曲线、转移特性曲线泄漏电流(截止电流)、驱动电流(导通电流),小结：器件结构,双极器件的纵向截面结构、俯视结构CMOS器件的纵向截面结构、俯视结构CMOS反相器的工作原理IC：有源器件、无源器件、隔离区、互连线、钝化保护层,作 业,画出CMOS反相器的截面图和俯视图画出双极晶体管的截面图和俯视图,