chap01.2北大微电子概论.ppt

1、资料来源： Digitimes整理 2000/ 制图：李柏毅、Mabel,前两类厂家，IDM,与整机、系统用户相结合，相对分散设计；以标准工艺（标准单元库和IP库）为接口，相对集中加工。这就导致了Fabless Co. 和Foundry的出现。,IP模块和Chipless Co.出现,集成电路产业的发展是市场牵引和技术推动的结果。不同的产业发展阶段，产业结构可以有不同的形式,IP：知识产权 (Intellectual Property), 1980,1980 1990,Foundry功能要求,行为级,多工艺模块 p、DSP、E2PROM & Flash、A/D、D/A,Wafer级,封装后 成

2、品级,逻辑级,版图级,MASK,研究开发支持,Foundry建设,Foundry的建设必须采用系统工程的方法 基本特征：,随技术进步，建厂费用呈指数增加，这时必然出现两种趋向： 各相关公司联合建厂 IBM、Infineon与UMC的联合 将更多业务交给Foundry，降低成本 Motorola已经表示到2001年，将有50%以上的产能需从外部提供 日本Kawasaki公司取消他们计划建设的0.18m的工厂，代之以与Foundry的合作,2000年Foundry业务地区分布 （Semico Research Corp., 2-2000,counrtesy of Amkor Wafer Fabri

3、cation Services）,Foundry类加工芯片数量占世界集成电路芯片总产量的比例 （资料来源：Dataquest）,因此美国著名的预测与咨询公司Dataguest： 未来属于Foundry,我国微电子发展概况,我国微电子学的历史,1956年5所学校在北大联合创建半导体专业 北京大学、复旦大学、东北人民大学、厦门大学、南京大学 1977年在北京大学诞生第一块大规模集成电路,我国微电子学的历史,1982年，成立电子计算机和大规模集成电路领导小组 80年代：初步形成三业分离的状态 制造业 设计业 封装业,我国年微电子发展展望,我国IC骨干企业地区分布及销售情况,我国年微电子发展展望,上海

4、IC产业发展战略目标,到2010年总投资量600亿美元，建成20 40条生产线，200个设计公司及20家封装/测试厂 带动上海700亿美元相关产业发展，成为第一大产业,我国年微电子发展展望,北京 10 20条集成电路生产线 零地租 政府跟进投资 天津 深圳,微电子：电子信息产业的核心和基础 我国微电子产业进入高速发展时期,亿元,年,中国集成电路产业的累计投资额 数据来源：徐小田,未来十年将是我国微电子产业的黄金时期,我国年微电子发展展望,北京大学微电子研究院简 介,50年代，黄昆院士 中国第一个半导体专门化,70年代，王阳元院士 中国第一块硅栅N沟道1K MOS DRAM,自80年代以来，很大

5、的发展,2001年国家重点学科评审：100分,北京大学 中国微电子的起源地和摇篮之一,北京大学微电子所概况,北京大学微电子所 前身是1956年黄昆院士领导下的我国第一个半导体专门化 1978年成立微电子学研究室 1986年成立微电子所 2002年成立微电子学系/微电子学研究院,学位授予权情况 学士学位：微电子学 硕士学位：微电子学与固体电子学，电路与系统 博士学位：微电子学与固体电子学，电路与系统 博士后流动站：微电子学与固体电子学 工程硕士学位：集成电路工程,北京大学微电子所概况,教师 中国科学院院士：1人(王阳元院士) 博士生导师：12人 教授：15人 拥有博士学位人员：36人 学生 博士

6、研究生：20 人/年 硕士研究生：45 人/年 工程硕士：30人 本科生：65人/年,北大微电子所的研究基地建设,微米纳米加工技术国家级重点实验室 微电子新工艺新器件新结构电路国家计委专项实验室 北京市软硬件协同设计高科技重点实验室,ICP刻蚀机,LPCVD系统,双面光刻/键合系统,新工艺新器件结构电路国家专项实验室,应用开发,关键技术,基础研究,超深亚微米/纳米新器件及集成技术,SOC设计方法学及ASIC设计,MEMS技术,CMOS/SOI新器件 深亚微米器件电路EDA技术 深亚微米MOS器件失效机制与表征技术 GeSi/Si HBT器件,系统芯片中新器件新工艺基础研究 亚50纳米器件机理、

7、模型、结构和工艺 纳米电子器件物理,SIMOX材料 CMOS/SOI电路 GeSi/Si分频器,SOC设计方法学 基于NP难解问题的器件参数提取,嵌入式微处理器(8、16位) 建库技术、IP库建立 嵌入式芯片设计技术 射频器件和电路,安全保密芯片 红外焦平面读出芯片 机顶盒芯片,微系统设计方法、建模、数据库和仿真 三维加工、材料、封装组装和可靠性研究,传感MEMS器件 信息MEMS器件 生物MEMS器件,与IC的兼容设计 MEMS工艺标准化 MEMS封装技术,超深亚微米/纳米 新器件及集成技术,北大微电子所牵头的973项目,系统芯片中新器件新工艺基础研究 北京大学 清华大学 中国科学院微电子中

8、心 中国科学院半导体所 中国科学院上海微系统与信息技术研究所,亚100纳米半导体器件研究(973) 新型器件结构 新型器件模型、模拟以及模拟软件开发 高k介质、金属栅电极新型栅结构 器件可靠性 新型半导体器件 SOI器件 GeSi/Si、GeSiC/Si HBT器件 FeRAM 新型半导体器件工艺模块 超微细加工技术 超浅结工艺 SALICIDE工艺 超薄栅介质制备技术,84.6nm线条,30纳米线条的SEM照片,40纳米线条的SEM照片,CMOS/SOI工艺已在多家单位推广应用,CMOS/SOI工艺模块及门阵列电路,创建了比例差值算符的新概念，在国际上首先实现了对新生缺陷的在线检测及参数提取

9、 开发了小尺寸器件可靠性测试系统BC2931A 已用于0.25微米器件寿命的预测,小尺寸MOS器件寿命预测机理及设备,亚100纳米MOS器件模拟软件 超低能离子注入工艺模拟软件 CMOS/SOI电路模拟软件 已经销售或推广到多家单位,超深亚微米/纳米器件和电路仿真工具,系统集成芯片(SOC)及专用集成电路(ASIC)设计,SOC设计方法学 软硬件协同设计理论 参数提取(973) 建库技术 IP库(863) 嵌入式微处理器核 专用集成电路设计 信息安全芯片 红外焦平面驱动电路,嵌入式微处理器,16位可裁剪的RISC微处理器PKUEP 指令集与ARM7的THUMB指令集兼容，指令功能齐全、代码密度

10、大的特点 三级流水设计 0.8微米工艺，71000个晶体管,嵌入式微处理器,与ARM7TDMI指令集兼容微处理器PKURS-001 与ARM7TDMI的ARM和THUMB指令集全兼容 重新设计自主版权的体系结构 采用RTL级设计和晶体管级设计相结合的方式 面向国内工艺,红外焦平面读出电路,第一代：小批量生产 第二代：130130， 6464两种 采用有源阵列，SCA，DO结构 全画面30桢/sec，功耗小于30微瓦 已通过用户测试 第三代：256320，已完成实验电路的设计,微机电系统(MEMS)技 术,MEMS EDA技术 建立体硅和表面硅MEMS加工技术 四套完整的MEMS工艺 工艺标准化

11、 多用户系统 开发新的MEMS加工技术 硅帽封装技术 体硅隔离技术 三维刻蚀技术 开发新型MEMS器件和系统 传感MEMS器件：加速度计、陀螺、气体敏感器件 信息MEMS器件：RF器件、光开关 生物MEMS器件,MEMS加工工艺：刻蚀得到的部分图形,利用牺牲层工艺得到的谐振器图形,硅/硅键合样品,MEMS加工工艺,应用情况 多种体硅加速度计 横向式体硅陀螺 微机械开关 微机械可变电容 微型气体传感器 微机械光开关 表面微机械加速度计 微流体器件 压力传感器 提供ANSYS仿真服务,设计完成的MEMS器件,MEMS与IC兼容设计平台,微加速度计,单悬臂梁加速度计 抗冲击加速度计 三维压阻、电容式

12、加速度计 抗冲击能力12000g,已开发出22光开关阵列 表面微加工与体硅微加工相结合，并利用三维刻蚀技术，克服了二者的不足 采用扭转结构，不会发生磨损 容易扩展到NN开关阵列 弹性夹紧结构，易于组装,微机械光开关,RF MEMS器件 移动通信（手机、程控交换机） 器件研究 可变电容 大的初始电容和电容调节范围 -0.164PF 高Q值-60 利用机械定位结构防止机械噪声和电噪声,MEMS领域,工艺和结构简单易控，容易形成阵列 可以在高频开关电压下工作20KHz 接触电阻小于1欧姆 容易实现双稳态结构 有实用前景,微继电器,集成电路分类,集成电路分类,集成电路的分类 器件结构类型 集成电路规模

13、 使用的基片材料 电路形式 应用领域,按器件结构类型分类,双极集成电路：主要由双极晶体管构成 NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成 NMOS PMOS CMOS(互补MOS) 双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂,优点是速度高、驱动能力强， 缺点是功耗较大、集成度较低,功耗低、集成度高，随着特征 尺寸的缩小，速度也可以很高,按集成电路规模分类,集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目 小规模集成电路(Sm

14、all Scale IC，SSI) 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) 超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）,基于市场竞争，不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力。在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十年，集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小 倍。这就是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总

15、结的规律，被称为摩尔定律。,微电子技术发展的ROADMAP,按结构形式的分类,单片集成电路： 它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路 在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅，除此之外还有GaAs等 混合集成电路： 厚膜集成电路 薄膜集成电路,按电路功能分类,数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路 模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路 线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路

16、 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等,集成电路的分类,微电子的特点,微电子学：电子学的一门分支学科 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m106m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科,微电子的特点,微电子学是一门综合性很强的边缘学科 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科 微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向 微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等,结束语,结束语,5000 4000 3000 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000,石器时代 35000年,铜器时代 1800年,铁器时代 3200年,硅器时代 XX 年？,3000BC 1200BC 1968,结束语,2000年：以集成电路为基础的电子信息产业