微电子技术新进展-PPT课件

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集成电路发明50年
• 1952 年 5 月 ， 英 国 科 学 家 G. W. A. Dummer第一次提出了集成电路的设想 • 1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔 比(Clair Kilby)为首的研究小组研制出了世 界上第一块集成电路，并于1959年公布。
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获得2000年Nobel物理奖
1982年286微处理器 13.4万个晶体管
频率6MHz、8MHz、10MHz和 12.5MHz
Intel 386
8088
• 1979年3月 • 16 Bit • 2.9万晶体管 • 5到8MHz •1.5µm
• 1985年10月
• 32 Bit
• 27.5万晶体管
• 16到32 MHz •1µm
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微电子技术新进展
西安理工大学 电子工程系 高 勇
内容简介
• 微电子技术历史简要回顾 • 微电子技术发展方向
– 增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸面临的挑战和 几个关键技术 – 集成电路(IC)发展成为系统芯片(SOC) 可编程器件可能取代专用集成电路（ASIC） – 微电子技术与其它领域相结合将产生新产业 和学科
Intel 486
• 1989年4月
Pentium
•25到50 MHz •1-0.8µm • 32 Bit • 120万晶体管
• 1993年3月
• 32 Bit
• 310万晶体管
• 60到166 MHz • 0.8µm
P6 (Pentium Pro) in 2019 150 to 200 MHz clock rate 196 mm**2 5500K transistors (external cache) 0.35 micron 4 layers metal 3.3volt VDD >20W typical power Dissipation 387 pins
增大晶圆尺寸
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集成电路制造工艺
大生产的硅片直径已经从200mm转入300mm。 2019年左右有可能出现400mm--450mm直径的硅片。
Single die
Wafer
Going up to 12” (300mm)
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缩小器件的特征尺寸
集成电路最主要的特征参数的设计规则从 1959年以来40年间缩小了140倍。而平均晶体管价 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 0.5 µ→深亚微米 0.35µ, 0.25µ, 0.18µ, 0.13µ → 纳米 90 nm →65 nm → 45nm
微电子技术面临的挑战和关键技术
（1）继续增大晶圆尺寸
（2）Sub-100nm光刻技术
（3）互连线技术
（4）新器件结构与新材料
INCREASE OF WAFER DIAMETER
COMPARISON OF PRODUCTION COSTS
(Cu/Low-K 65 nm)
Cost/wafer 200 mm Cost/cm2 Cost/wafer 300 mm From 200 mm to 300 mm Cost/cm2 Cost/wafer Cost/cm2 $ 8.92 $ 4,390 $ 6.21 + 57 % - 30 % $ 2,800
二、微电子技术的主要发展方向(2)
集成电路追求目标3G(G=109)---3T(T=1012) 存储量（GB—TByte） 速度（GHz—THz)、 数据传输率(Gbps- Tbps, bits per second) 三个主要发展方向： 继续增大晶圆尺寸和缩小特征尺寸 集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC) 可编程器件可能取代专用集成电路（ASIC） 微电子技术与其它领域相结合将产生新产业和新 学科
2019年英特尔推出45nm正 式量产工艺，45nm技术是全 新的技术，可以让摩尔定律至 少再服役10年。
多核微处理器
ห้องสมุดไป่ตู้
AMD四核“Barcelona”处理器 采用300mm晶圆， 45纳米技术制造
二、微电子技术的主要发展方向(1)
电子信息类产品的开发明显出现了两个特点： (1)开发产品的复杂程度激增; (2)开发产品的上市时限紧迫（TTM) 集成电路在电子销售额中的份额逐年提高 已进入后PC时代 • 计算机（PC)-----Computer • 通讯（Cell Telephone )---Communication • 消费类电子(汽车电子）---Consumption
1958年第一块集成电路： TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
The Moore’s Law
微电子技术是50年来发展最快的技术
Moore’s Law: Quantitative
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第一台通用电子 计算机：ENIAC 1946年2月14日 Moore School， Univ. of Pennsylvania
第一个关键技术：Sub-100nm光刻
193nm（immersion) 光刻技术成为 Sub-100nm(90nm-32/22nm)工艺的 功臣
新的一代曝光技术？
第二个关键技术：多层互连技术
· 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
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· 2019年2月，英特尔推出Pentium III处理 器，整合950万个晶体管，0.25μ m工艺制 造 · 2019年1月推出的Pentium 4处理器，其 整合5500万个晶体管，采用0.13μ m工艺生 产 2019年8月13日，英特尔开始90nm制程的 突破，业内首次在生产中采用应变硅； 2019年顺利过渡到了65nm工艺。
18,000个电子管 70000个电阻、 10000个电容器以 及6000个继电器 组成。
世界上第一台计算机
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨； 功率：140KW；平均无故障运行时间：7min
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微处理器的发展
1971年第一个 微处理器4004 2000多个晶体管 10μ m的PMOS工 艺