第1章__集成电路制造工艺.ppt

集成电路设计原理 集成电路就是把许多分立组件制作在同一个半导体芯片上所形成的电路。早在1952年，英国的杜默 (Geoffrey W. A. Dummer) 就提出集成电路的构想。1958年9月12日，德州仪器公司(Texas Instruments)的基尔比 (Jack Kilby， 1923~ )，细心地切了一块锗作为电阻，再用一块pn结面做为电容，制造出一个震荡器的电路，并在1964年获得专利，首度证明了可以在同一块半导体芯片上能包含不同的组件。1964年，快捷半导体(Fairchild Semiconductor)的诺宜斯(Robert Noyce，1927~1990)，则使用平面工艺方法，即借着蒸镀金属、微影、蚀刻等方式，解决了集成电路中，不同组件间导线连结的问题。 在1970年代，决定半导体工业发展方向的，有两个最重要的因素，那就是微处理器 (micro processor)与半导体内存 (semiconductor memory) 。 在微处理器方面： 1968年，诺宜斯和摩尔成立了英特尔 (Intel) 公司，不久，葛洛夫 (Andrew Grove) 也加入了。 1969年，一个日本计算器公司比吉康 (Busicom) 和英特尔接触，希望英特尔生产一系列计算器芯片，但当时任职于英特尔的霍夫 (Macian E. Hoff) 却设计出一个单一可程序化芯片， ?? 1971年11月15日，世界上第一个微处理器4004诞生了，它包括一个四位的平行加法器、十六个四位的缓存器、一个储存器 (accumulator) 与一个下推堆栈 (push-down stack)，共计约二千三百个晶体管；4004与其它只读存储器、移位缓存器与随机取内存，结合成MCS-4微电脑系统；从此之后，各种集成度更高、功能更强的微处理器开始快速发展，对电子业产生巨大影响。三十年后，英特尔的Pentium III已经包含了一千万个以上的晶体管。 ?? ??在 内存芯片方面：1965年，快捷公司的施密特 (J. D. Schmidt) 使用金氧半技术做成实验性的随机存取内存。1969年，英特尔公司推出第一个商业性产品，这是一 使用硅栅极、p型沟道的256位随机存取内存。 发展过程中最重要的一步，就是1969年，IBM的迪纳 (R. H. Dennard) 发明了只需一个晶体管和一个电容器，就可以储存一个位的记忆单元；由于结构简单，密度又高，现今半导体制程的发展水平常以动态随机存取内存的容量为标志。 大致而言， 1970年有1K的产品； 1974年进步到4K (栅极线宽10微米)； 1976年16K （5微米）； 1979年64K (3微米)； 1983年256K （1.5微米）； 1986年1M （1.2微米）； 1989年4M (0.8微米)； 1992年16M (0.5微米)； 1995年64M (0.3微米)； 1998年到256M (0.2微米)， 大约每三年进步一个世代，2001年就迈入千兆位大关。 60年代发展出来的平面工艺，可以把越来越多的金氧半组件放在一块硅芯片上，从1960年的不到十个组件，倍数成长到1980年的十万个，以及1990年约一千万个，这个微芯片上集成的晶体管数目每两年翻一番的现象称为摩尔定律 (Moore’s law)，是Intel创始人摩尔(Gordon Moore)在1964年的一次演讲中提出的，后来竟成了事实。 中国半导体协会(CSIA)发布了2005年度中国十大IC设计公司排名。 珠海炬力以12.575亿元人民币年销售额勇夺桂冠。它是MP3播放器芯片的主要供货厂商 。 中星微电子，2005年销售额为7.678亿元人民币。它的主要产品是“星光系列”多媒体处理芯片，中星微电子最初提供PC用的摄像头芯片。后来瞄准了手机用多媒体处理芯片市场，并成功地打开了欧美市场。 如NEC公司用0.15?mCMOS工艺生产的4GB DRAM, 芯片中含44亿个晶体管，芯片面积985.6mm2。英特尔公司用0.25 ?m工艺生产的333MHz的 奔腾Ⅱ处理器，在一个芯片中集成了750万个晶体管。 集成电路之所以能迅速发展，完全由于巨大的经济效益。工业发达国家竞相投资。我国在“九五” 期间投资100个亿组建了集成电路“909”专项工程。2002年推出首款可商业化、拥有自主知识产权、通用高性能的CPU-龙芯1号，它采用0.18 ?m工艺生产，主频最高达266MHz。今年研制的龙芯2号通过使用SPEC CPU2000对龙芯2号的性能分析表明，相同主频下龙芯2号的性