第1章引言课件1.ppt

集成电路版图设计技术 第一章 引言 1.1、集成电路的发展与应用 1.2、集成电路的设计方法 1.3、集成电路的设计流程 1.4、集成电路的版图设计 1.1、集成电路的发展与应用 集成电路：Integrated Circuit ，缩写IC IC是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。 各种封装好的集成电路 集成电路的发展 摩尔定律 两个指标：集成规模、特征尺寸 集成电路的分类 器件结构类型：双极型、MOS、BiMOS 集成规模：SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI、GSI 使用的基片材料：单片集成、混合集成 电路功能：数字、模拟、数模混合 应用领域：标准通用集成电路和专用集成电路 1.1.1描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标 集成度（Integration Level）一个IC芯片所包含的元件(晶体管或门/数)来衡量，（包括有源和无源元件）,是IC技术进步的标志。为了提高集成度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构，现已达到7层布线。晶片集成(Wafer Scale Integration-WSI)和三维集成技术也正在研究开发。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集成或片上系统(SoC)的时代。 特征尺寸 (Feature Size) / （Critical Dimension） 特征尺寸定义为器件中最小线条宽度(对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度)，也可定义为最小线条宽度与线条间距之和的一半。减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能的关键。特征尺寸的减小主要取决于光刻技术的改进。集成电路的特征尺寸向深亚微米发展，目前的规模化生产是0.18μm、0.15 μm 、0.13μm工艺， Intel目前将大部分芯片生产制成转换到0.09 μm 。 晶片直径(Wafer Diameter)? 为了提高集成度，可适当增大芯片面积。然而，芯片面积的增大导致每个圆片内包含的芯片数减少，从而使生产效率降低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为8吋，正在向12吋晶圆迈进。 芯片面积(Chip Area)? 随着集成度的提高，每芯片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随之增大。芯片面积的增大也带来一系列新的问题。如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所含芯片数减少而引起的生产效率降低等。但后一问题可通过增大晶片直径来解决。 封装(Package)? IC的封装最初采用插孔封装THP (through-hole package)形式。为适应电子设备高密度组装的要求，表面安装封装(SMP)技术迅速发展起来。在电子设备中使用SMP的优点是能节省空间、改进性能和降低成本，因SMP不仅体积小而且可安装在印制电路板的两面，使电路板的费用降低60％，并使性能得到改进。 1.1.2 集成电路的发展 集成电路的出现 1947-1948年：公布了世界上第一支（点接触）晶体三极管—标志电子管时代向晶体管时代过渡。因此1956年美国贝尔实验室三人获诺贝尔奖 1950年：成功制出结型晶体管 1952年：英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路”的设想 1958年：美国德克萨斯仪器公司制造出世界上第一块集成电路（双极型-1959年公布） 1960年：制造成功MOS集成电路 集成电路发展的特点： 特征尺寸越来越小（0.10um） 硅圆片尺寸越来越大（8inch~12inch） 芯片集成度越来越大（2000K） 时钟速度越来越高（ 500MHz） 电源电压/单位功耗越来越低（1.0V） 布线层数/I/0引脚越来越多（9层/1200） IC在各个发展阶段的主要特征数据 Intel’s CPU Year of introduction Transistors 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 386? processor 1985 275,000 486? D