芯片发展历程与莫尔定律.ppt

莫尔定律的有效性——延续至今集成度提高一倍，特征尺寸*0.7莫尔定律——特征尺寸特征尺寸是指器件中最小线条宽度,为技术水平的标志对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸也是设计采用的最小设计尺寸单位（设计规则）缩小特征尺寸从而提高集成度是提高产品性能/价格比最有效手段之一集成电路的特征参数从1959年以来缩小了140倍平均晶体管价格降低了107倍。特征尺寸：10微米-1.0微米-0.8μ（亚微米）→半微米0.5μ→深亚微米0.35μ,0.25μ,0.18μ,0.13μ→纳米90nm→65nm→45nm32nm/2009→28nm/2011→22nm/2012ICIndustry:“Makeitbiginamake-it-smallbusiness”!IC工业就是一个在做小中做大的生意莫尔定律——特征尺寸************微电子制造原理与技术第二部分芯片制造原理与技术李明材料科学与工程学院芯片发展历程与莫尔定律晶体管结构及其作用芯片微纳制造技术第1个晶体管的诞生1947.12.23点接触式晶体管ByBardeenBrattain第一篇关于晶体管的文章BrWebster’s“Thetransistor,asemiconductortriode” （晶体管，一个半导体三级管）“Transistor=transfer+resistor,（晶体管＝传输+电阻）Transferringelectricalsignalacrossaresistor”（经过一个电阻传输点信号）场效应晶体管理论的建立场效应晶体管理论通过表面电荷调制半导体薄膜的电导率(Phys.Rev.74,232,1948)1956Nobel物理奖：Bardeen,BrattainandShockley1950-1956:基本晶体管制造技术发展1--从基于锗的器件转为硅衬底2--从合金化制造p/n结转变为扩散制备pn结31950扩散结(Hall,Dunlap;GE)41952结型场效应晶体管(Shockley;BellLab)51954第一个硅晶体管(TI：德州仪器）)61955扩散结和晶体管结合(BellLab)7晶体管制造工艺的摸索第1个集成电路的发明第1个IC锗衬底，台式结构、2个晶体管、2个电容、8个电阻，黑蜡保护刻蚀，打线结合4千2百万个晶体管、尺寸：224mm2IntelP4J.Kilby集成电路之父2000Nobel物理奖发明了第1个IC“SolidCircuit”距离晶体管发明已经过去11年，why？第一个Si单片电路IC-“微芯片”byR.Noyce(Fairchild,IC技术创始人之一)第1个在Si单片上实现的集成电路IC制造工艺的进步1958-1960基本IC工艺和器件进一步---氧化工艺(Atalla;bellLab)---PN结隔离(K.Levovec)---Al金属膜的蒸发制备---平面工艺技术(J.Hoerni;Fairchild)1959-63MOS器件与工艺---1959MOS电容(J.Moll;Stanford)---1960-63Si表面和MOS器件研究(Sah,Deal,Grove…)---1962PMOS(Fairchild);NMOSFET(美国无线电公司)---1963CMOS(Wanlass,Sah;Fairchild)IC芯片中晶体管（脑细胞）数目FromSSItoVLSI/ULSI小规模集成电路(SSI)2-30中规模集成电路(MSI)30-103大规模集成电路(LSI)103-5超大规模集成电路(VLSI:VeryLarge)105-7甚大规模ULSI(UltraLarge)107-9极大规模SLSI(SuperLarge)109巨大规模(GSI:Gigantic/Giga)晶体管数目IC快速发展