集成电路设计基础.pptxVIP

课程背景; 硅器时代，集成电路设计和制造水平的高低已成为衡量一个国家技术水平的一个重要标准。 我国重视集成电路产业的发展。;集成电路应用;;;;;;;学习目的;教学内容;主要参考书目及常用网址;第1章 集成电路设计概述;1.1 集成电路(IC)的发展;二、第一块集成电路;三、摩尔定律;; 集成电路的特征尺寸向深亚微米发展。 集成度和速度不断提高。; 晶圆的尺寸增加，正向12英寸晶圆迈进。;;;1.2 集成电路设计流程和设计环境;工艺设计文件（PDK）：工艺模拟用的器件Spice参数，版图设计用的层次定义，设计规则，晶体管，电阻，电容等元件，及通孔、焊盘等基本结构。;1.3 集成电路制造途径;集成电路设计开发阶段，为了测试集成电路设计是否成功，必须进行工程流片。随着制造工艺的提高，流片费用不断上涨，一次0.6微米CMOS工艺工程流片费（包括制版费）需要20-30万元，而一次0.35微米工艺工程流片费（包括制版费）则需要60-80万元，如果设计中存在问题，则工程流片制造出的所有芯片全部报废。为了降低研发费用，出现了多项目晶圆。;多项目晶圆(Multi Project Wafer，简称MPW)就是将多种具有相同工艺的集成电路设计放在同一圆片上流片，流片后，每个设计项目可以得到数十片芯片样品，这一数量对于设计开发阶段的实验、测试已经足够。而实验费用就由所有参加MPW的项目按照芯片面积分摊，极大的降低了研发成本。 ;;中科院EDA中心、集成电路设计产业化基地等；;1.4 集成电路设计需要的知识范围;第2章 集成电路材料、结构与理论;2.1 了解集成电路材料 2.2 半导体基础知识 2.3 PN结与结型二极管 2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理 2.5 MOS晶体管基本结构与工作原理;2.1 了解集成电路材料;硅，砷化镓和磷化铟是最基本的三种半导体材料;2.1.1 衬底材料;2、 砷化镓;3、 磷化铟;2.1.2 绝缘材料;2.1.3 金属材料; VLSI至少采用两层金属布线。第一层金属主要用于器件各个极的接触点及器件间的部分连线，这层金属通常较薄，较窄，间距较小。第二层主要用于器件间及器件与焊盘间的互联，并形成传输线。寄生电容大部分由两层金属及其间的隔离层形成。 多数VLSI工艺中使用3层以上的金属。最上面一层通常用于供电及形成牢固的接地。其它较高的几层用于提高密度及方便自动化布线。;0.35um CMOS工艺的多层互联线; 金属材料的作用：; 铝，铬，钛，钼，铊，钨等纯金属和合金薄层在VLSI制造中起着重要作用。这是由于这些金属及合金有着独特的属性。如对Si及绝缘材料有良好的附着力，高导电率，可塑性，容易制造，并容易与外部连线相连。 纯金属薄层用于制作与工作区的连线，器件间的互联线，栅及电容、电感、传输线的电极等。; 在Si基VLSI技术中，由于Al几乎可满足金属连接的所有要求，被广泛用于制作欧姆接触及导线。 随着器件尺寸的日益减小，金属化区域的宽度也越来越小，故连线电阻越来越高，其RC常数是限制电路速度的重要因素。 要减小连线电阻，采用低电阻率的金属或合金是一个值得优先考虑的方法。; 在纯金属不能满足一些重要的电学参数、达不到可靠度的情况下，IC金属化工艺中采用合金。 硅铝、铝铜、铝硅铜等合金已用于减小峰值、增大电子迁移率、增强扩散屏蔽，改进附着特性等。或用于形成特定的肖特基势垒。例如,在Al中加少量的Si即可使Al导线上的缺陷减至最少，而在Al中加入少量Cu，则可使电子迁移率提高10～1000倍； 通过金属之间或与Si的互相掺杂可以增强热稳定性。; 因为铜的电阻率为1.7 μ??cm,比铝3.1 μ??cm的电阻率低, 所以在相同条件下减少40%的功耗，能轻易实现更快的主频，并且减小管芯的体积，今后,以铜代铝将成为半导体技术发展的趋势. IBM公司最早推出铜布线的CMOS工艺, 实现了400MHz Power PC芯片. 0.18μm的CMOS工艺中几乎都引入了铜连线工艺.;多数情况下，IC特别是VLSI版图设计者的基本任务是完成金属布线。因为基本器件其它各层的版图通常已经事先做好，存放在元件库中。门阵列电路中，单元电路内的布线也已经完成。 对于电路设计者而言，布线的技巧包含合理使用金属层，减少寄生电容或在可能的情况下合理利用寄生电容等。;2.1.4 多晶硅; 多晶硅层可用溅射法，蒸发或CVD法(一种外延生长技术）沉淀。 多晶硅可用扩散法、注入法掺杂，也可在沉淀多晶硅的同时通入杂质气体（In-Situ法）来掺杂。;2.1.5 材料系统; 半导体材料系统;2.2 半导体基础知识;2.2.2 本征半导体与杂质