ch微电子工艺概论.ppt

* * * * * * * * * * * * 高勇 * 第一个关键技术：Sub-100nm光刻 ·传统的铝互联（电导率低、易加工） ·铜互连首先在0.25/0.18μm技术中使用 ·在0.13μm以后，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用（预测可缩到20nm） ·高速铜质接头和新型低-k介质材料,探索碳纳米管等替代材料 第二个关键技术：多层互连技术 器件及互连线延迟 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1997 1999 2001 2003 2006 2009 延迟值(ns) 器件内部延迟 2厘米连线延迟 （bottom layer） 2厘米连线延迟 （top layer） 2厘米连线延迟约束 互连技术与器件特征尺寸的缩小 新型器件结构-高性能、低功耗晶体管 FinFET Nano Electronic Device 新型材料体系 SOI材料 应变硅 高K介质 金属栅电极 第三个关键技术:新器件与新材料 SOI(Silicon-On-Insulator） 绝缘衬底上的硅技术 90nm→65nm工艺：栅极栅介质已经缩小到1.2nm了 （约等于5个原子厚度）栅极栅介质太薄，就会造成漏电电流穿透 在45nm工艺中采用High－K＋金属栅极晶体管 使摩尔定律得到了延伸（可以到35nm、25nm工艺） 隧穿效应 SiO2的性质 栅介质层Tox 1纳米 量子隧穿模型 高K介质 ? 杂质涨落 器件沟道区中的杂 质数仅为百的量级 统计规律 新型栅结构 ? 电子输运的 渡越时间～ 碰撞时间 介观物理的 输运理论 ? 沟道长度 L50纳米 L 源 漏 栅 Tox p 型硅 n+ n+ 多晶硅 NMOSFET 栅介质层 新一代小尺寸器件问题 带间隧穿 反型层的 量子化效应 电源电压1V时，栅介质层中电场 约为5MV/cm，硅中电场约1MV/cm 考虑量子化效应 的器件模型 ? … ... 可靠性 诞生基于新原理的器件和电路 SOC System On A Chip 集成电路走向系统芯片 七十年代的集成电路设计 微米级工艺 基于晶体管级互连 主流CAD：图形编辑 Vdd A B Out 八十年代的电子系统设计 PE L2 MEM Math Bus Controller IO Graphics PCB集成 工艺无关 系统 亚微米级工艺 依赖工艺 基于标准单元互连 主流CAD:门阵列 标准单元 集成电路芯片 世纪之交的系统设计 SYSTEM-ON-A-CHIP 深亚微米、超深亚 微米级工艺 基于IP复用 主流CAD：软硬件协 同设计 MEMORY Cache/SRAM or even DRAM ProcessorCore DSP Processor Core Graphics MPEG VRAM Motion Encryption/ Decryption SCSI EISA Interface Glue Glue PCI Interface I/O Interface LAN Interface 集成电路走向系统芯片 SOC与IC的设计原理是不同的，它是微电子设计领域的一场革命。 SOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、软件（特别是芯片上的操作系统-嵌入式的操作系统）、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个芯片上完成整个系统的功能。它的设计必须从系统行为级开始自顶向下（Top-Down）。 现场可编程门阵列 (FPGA)替代 专用集成电路（ASIC） 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。 “整个市场都认为这是半导体的未来。” MEMS技术和生物信息技术将成为下一代半导体主流技术 MEMS技术将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。从广义上讲，MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微机电系统。 MEMS技术和生物信息技术将成为下一代半导体主流技术 微电子与生物技术紧密结合的以DNA芯片等为代表的生物工程芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。? 采用微电子加工技术，在指甲盖大小的硅片上制作含有多达10-20万种DNA基因片段的芯片。芯片可在极短的时间内检测或发现遗传基因的变化。对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要作用。 §1.3 微电子科学技术的战略地位 微电子学和微电子技术以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元件、器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，它也特