集成电路工艺技术发展趋势.

V
GS
VTH VDS V
2 DS

Cox
0 ox
t ox
» 由于 VDS 、 (VGS-VTH) 、 W 、 L 、 tox 均缩小了 倍， Cox 增大了 倍，因此， IDS 缩小 倍。门 延迟时间tpd为： » 其中VDS、IDS、CL均缩小了倍，所以tpd也缩 小了 倍。标志集成电路性能的功耗延迟积 PWtpd则缩小了3倍。
’70 ’74 ’78 ’82 ’86 ’90 ’94 ’98 ’2002
半导体材 料中，硅材 料是集成电 路的主要材 料，是发展 的主流。为 满足不同需 求，也发展 其他材料的 器件。
集成电路技术是近50年来发展最快的技术 微电子技术的进步
年 份 特征参数 设计规则m 电源电压 VDD(伏） 硅片直径尺寸 （mm） 集成度 DRAM密度（bit) 微处理器时钟频 率(Hz) 平均晶体管价格$ 10 1959 25 5 5 6 1970-1971 8 5 30 2103 1K 750K 0.3 2000 0.18 1.5 300 2109 1G 1G 10-6 比率 140 3 60 3108 106 >103 107
QCE(准恒场)律 1/ / / 2/ 1/ 1/ 3/2 3 2/3 1/2 2
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氧化扩散 光刻 离子注入 金属化 LPCVD二氧化硅淀积 LPCVD多晶硅淀积
扩散过程演示
扩散源
Si
SiO2 扩散区
正胶光刻过程演示
Si 1. 生长SiO2 2. 涂胶 3. 曝光 4. 显影 5. 腐蚀SiO2 6. 去胶
VDS CL t pd I DS
CL WLC ox
阈值电压不可能缩的太小 源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小 电源电压标准的改变会带来很大的不便
» 恒定电压等比例缩小规律(简称CV律)
保持电源电压Vds和阈值电压Vth不变，对其它参数进行等比例缩小 按CV律缩小后对电路性能的提高远不如 CE律，而且采用CV律会使 沟道内的电场大大增强 CV律一般只适用于沟道长度大于1m的器件，它不适用于沟道长度
集成电路工艺技术发展现状与趋势
张正元
1
目录
一、概述 二、集成电路工艺发展现状 三、集成电路技术发展趋势 四、声光电公司集成电路发展思路
2
一、概述
3
集成电路是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战 略性、基础性和先导性产业。 2015年中国集成电路进口额达14303.4亿元，同比增加7%，出口金额达 4312.6亿元，同比增加15.4%。连续第六年远超过石油成为第一大进口商品。 贸易逆差持续扩大。 针对我国集成电路产业发展水平与国外存在较大差距，难以对构建国家产业
按此比率下降，小汽车价格不到1美分
» 1974年由Dennard提出 » 基本指导思想是：保持MOS器件内部电场不 变：恒定电场规律，简称CE律
等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容， 提高集成电路的性能 电源电压也要缩小相同的倍数
» 漏源电流方程：
I ds W Cox s L
示自己才华的平台，好好努力！
MOSFET的基本结构和图形
n-MOSFET
G G
p-MOSFET
» 1965年Intel公司的创始人之一Gordon E. Moore预言 集成电路产业的发展规律 集成电路的集成度每三年增长四倍 特征尺寸每三年缩小 2 倍
半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番
核心竞争力、保障信息安全等形成有力支撑。国家相继出台《集成电路发展推
进纲要》、《集成电路产业发展白皮书（2015版》等相关政策支持集成电路的 发展。
我国信息技术产业发展迎来了新的历史机遇，国家高度重视网络安全与 信息化建设，没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化。
各位同学选择这个方向既是把握住了社会发展的主流方向，同时也是展
较短的器件。
» 准恒定电场等比例缩小规则，缩写为QCE律
CE律和CV律的折中，本世纪初采用的最多 随着器件尺寸的进一步缩小，强电场、高功耗以及功耗密度等引起 的各种问题限制了按CV律进一步缩小的规则，电源电压必须降低。 同时又为了不使阈值电压太低而影响电路的性能，实际上电源电压 降低的比例通常小于器件尺寸的缩小比例 器件尺寸将缩小倍，而电源电压则只变为原来的/倍
存储器容量
10 G 1G 100 M 10 M 1M 100 K 10 K 1K
60%/年 每三年，翻两番
0.1 K
1970
1980
1990
2000
2010
芯片上的晶体管数目 微处理器性能每三年翻两番
1.E+9 1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E +5 1.E+4
1.E+3
“Itanium”:15,950,000 Pentium II: 7,500,000 PowerPC620:6,900,000 PentiumPro: 5,500,000 PowerPC604:3,600,000 Pentium:3,300,000 PowerPC601:2,800,000 i80486DX:1,200,000 m68040:1,170,000 i80386DX:275,000 m68030:273,000 m68020:190,000 i80286:134,000 m68000:68,000 i8086:28,000 M6800: 4,000 i8080:6,000 i4004:2,300
SiO 2 未曝光的正胶 已曝光的正胶
离子注入及退火过程演示 高 能 注 入 离 子
参数 百度文库件尺寸L, W, tox等 电源电压 掺杂浓度 阈值电压 电流 负载电容 电场强度 门延迟时间 功耗 功耗密度 功耗延迟积 栅电容 面积 集成密度
CE(恒场)律 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1 1/ 1/2 1 1/3 1/2 2
CV(恒压)律 1/ 1 2 1 1/ 1/2 3 1/ 1/2 2