版图设计与工艺.ppt

组装和封装技术
Dr.Jian Fang
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练习及思考:
当前，微电子芯片技术和其它领域技术相 结合的典型成功范例主要在哪两大领域？ （2分）
什么是SOC? 其三个关键支撑技术是什么? 什么是摩尔定理? 你认为摩尔定理是否永
远有效? 当前微细加工的技术发展趋势是什么?
Dr.Jian Fang
Dr.Jian Baidu Nhomakorabeaang
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系统集成芯片(SOC)
沿着上述持续缩小尺寸途径发展、随着集成方法学和微细 加工技术的持续成熟，应用领域的不断扩大，因此，不同 类型的集成电路相互镶嵌，形成了各种嵌入式系统 (Embedded System)和片上系统(System on Chip即SOC)技 术，在实现从集成电路(IC)到系统集成(IS)过渡中，“硅 知识产权(IP)模块”和“软、硬件协同设计”技术兴起， 可以将一个电子子系统或整个电子系统“集成”在一个硅
芯片上，完成信息加工与处理的功能。
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集成系统芯片(SOC)，主要有三个关键的支持技术：
软、硬件的协同设计技术：面向不同系统的软件和硬件的 功能划分理论，硬件和软件更加紧密结合不仅是SOC的重 要特点，也是21世纪IT业发展的一大的趋势；
IP模块库：IP模块有三种，即软核(主要是功能描述)、固 核(主要为结构设计)和硬核(基于工艺的物理设计，与工艺 相关，并经过工艺和实际应用考验过的)。其中以硬核使 用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM 和Flash Memory以及A/D、D/A等都可以成为硬核，其中 尤以基于超深亚微米的器件模型和电路模拟基础上在速度 与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值；
模块界面间的综合分析技术：这主要包括IP模块间的胶联 逻辑技术和IP模块综合分析及其实现技术等
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微电子与其它学科结合，带动一系列交叉 学科及相关技术和产业的发展 .
由于微细加工不断成熟和应用领域不断扩大，带 动一系列交叉学科及其有关技术的发展，例如微 电子机械系统(MEMS)、微光电系统(MOES)、 DNA芯片、二元光学、化学分析芯片以及作为电 子科学和生物科学结合的产物——生物芯片的研
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器件的特征尺寸不断缩小
自1965年提出摩尔定律近40年来，集成电路持续地按此定 律增长，即集成电路中晶体管的数目每18个月增加一倍。 每2-3年制造技术更新一代，这是基于栅长不断缩小的结 果，器件栅长的缩小又基本上依照等比例缩小的原则，促 进其它工艺参数的提高。预计未来10-15年摩尔定律仍将是 集成电路发展所遵循的一条定律，按此规律，在21世纪初 集成电路的基本单元CMOS器件将从亚半微米进入纳米时 代(即器件的栅长小于100nm，2010年后将小于50nm)。
VDD
C
PMOS
Vi
Vo
I/O
NMOS
VDD I/O
版图设计与工艺
方健 微电子与固体电子学院
2005年7月
Dr.Jian Fang
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内容提纲
微电子技术发展动态 CMOS工艺和版图 CMOS设计规则 版图验证 布局布线算法
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1.微电子技术发展动态
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人们对集成电路的要求
规模
1/功耗
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铜互连技术
铜互连技术已在0．18μm和0．13μm技术代中使用，但是 在0．10μm以后，铜互连与低介电常数绝缘材料共同使用 时的可靠性问题还有待研究开发。
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20nm以下浅结与掺杂工程技术
亚50纳米半导体器件的器件模型和新型器件结构
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2. CMOS工艺和版图
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CMOS
• CMOS：Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor
互补对称金属氧化物半导体－特点：低功耗
工艺集成技术
为了在一块芯片上实现完整的系统，需要各种兼容技术。包括常规 CMOS 数字电路与存储器(如RRPROM、Flash memory、DRAM等) 的兼容技术；CMOS与双极的兼容技术；高压与低压兼容技术、数字 与模拟兼容技术、高频与低频兼容技术等。
设计与测试技术
在电路设计中更重视系统设计、IP的开发与复用、软硬件协同设计、 先进设计语言的推广、设计流程与工具的开发、SOC设计平台的开发、 低功耗设计、可测性设计、可靠性设计等。
究开发等都将取得明显进展。
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其技术突破的关键点有以下几个方面
纳米级光刻及微细加工技术
器件特征尺寸的缩小，取决于曝光技术的进步，在0．07μm阶段，曝 光技术还是一个问题，预计再有1—2年左右时间可获突破。在65nm 以下是采用Extra UV还是采用电子束的步进光刻机，还正在研究之中。 为适应技术的发展，极限紫外线、X射线、准分子激光等超微细图形 曝光技术等将成为今后几年主要的工艺技术而获得更广泛的应用，先 进的集群式全自动智能化综合加工系统将成为新一代的IC制造设备。
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速度
器件: 尺寸减小 新结构器件 新材料 新原理器件
工艺: 工艺精度 工艺兼容 成品率控制
设计: 布图 布线
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硅集成电路的技术现状和发展
现今，世界IC特征线宽，批量生产的已达到0．18-0．13μm，芯片的集成度达到 108-109量级，研究成果已提高到0．1μm技术。预计到2006年，单片系统集成芯 片将达到如下指标：最小特征尺寸0．09μm、芯片集成度达2亿个晶体管、芯片 面积520mm2、7-8层金属连线、管脚数4000个、工作电压0．9-1．2V、工作频率 2-2．5GHz，功率160瓦。到2010年，将提高到0．07μm的水平。而硅IC晶片直 径尺寸，2000年-2005年将从200mm转向300mm，2006-2010年又将转向400mm。 单片硅集成技术最小特征尺寸的发展状况列于表1。