1、集成电路设计基础1段倩倩13633476830课程目的 集成电路的基本知识和发展规律 集成电路材料、结构及理论 集成电路制造工艺 集成电路器件版图设计2 CMOS电路特性及设计 集成电路封装测试课程内容及考核课程内容：1 集成电路设计概述2 IC制造材料、结构与理论3 IC基本工艺4 集成电路器件工艺5 MOS场效应管特性36 集成电路器件7 集成电路版图设计与工具8 模拟集成电路基本单元9 数字集成电路基本单元与版图11 集成电路的测试和封装考核方式：平时成绩20%，考试成绩80%。参考书1、集成电路设计基础，王成华等，北京航空航天大学出版社，2011；2、集成电路设计，叶以正等，清华大学出
2、版社，2011；3、集成电路设计基础，董海青，机械工业出版社，2013.集成电路和晶圆微小型化低功耗智能化5IC:把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。99% IC是用硅晶体材料制成的。-硅时代硅晶圆：6寸、8寸、12寸高可靠性裸片裸片6键合(连接到封装的引脚)键合(连接到封装的引脚)76封装，成品8应用9第一章 集成电路设计概述1.1 集成电路的发展1.2 集成电路设计流程及设计环境101.3 集成电路制造途径1.4 集成电路设计知识范围 1947年12月16日, 美国贝尔实验室，John Bardeen, W
3、alter Brattain 发现了具有划时代意义的第一个点接1.1 集成电路的发展11触结构的晶体管。 1948年1月William Shockley提出了结型晶体管理论。 1952年，William Shockley发明了生长型晶体管。 1956年，获诺贝尔物理奖。最原始的点接触式晶体管-第一个晶体管硅时代的飞跃集成电路的诞生121958年德州仪器公司的Jack Kilby发明的世界上第一块集成电路锗衬底上形成台面双极型晶体管和电阻，共12个器件，用超声焊接引线将器件连接起来。2000年的诺贝尔物理奖产品芯片2003SOC2000GSI1990ULSI1980VLSI1971LSI1966
4、MSI1961SSI1950分立元件1947晶体管年份工艺集成电路工艺、电路规模和产品的发展概况13传感器电路50MP4手机芯片10MP-III1M-10M专用处理器,虚拟现实机,灵巧20K-1M16位32位微处理器,复杂外围1K-20K8位微处理器,ROMRAM100-1K计数器,复接器,加法器10平面器件,逻辑门,触发器1结型晶体管和二极管1结型晶体管上大约晶体管数目典型产品摩尔定律(Moores Law)14集成电路的集成度，即芯片上晶体管的数目，每隔18个月增加一倍或者每3年翻两番。集成电路技术发展趋势1) 特征尺寸：微米亚微米深亚微米纳米65nm (2007) 45nm(2011)
5、28nm (2013) 14 nm(2015) 3nm2）晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为12英寸;3）集成电路的规模不断提高，先进的CPU已达几亿个晶体管，DRAM已达128Gb规模；154）集成电路的速度不断提高, 人们已经用0.13 m CMOS工艺做出了主时钟达2GHz的CPU ；40Gbit/s的超高速数字电路和6GHz的射频电路；5）集成电路复杂度不断增加，系统芯片或称芯片系统SoC(System-on-Chip)成为开发目标；6）模拟数字混合集成向电路设计师提出挑战；7）电路设计能力落后于器件制造能力，且其鸿沟越来越大；8）制造IC的掩膜很贵；9）工艺线建设投资费用越来越高
6、；集成电路技术发展趋势1610）设计与整机系统结合将更紧密；11）设计可行性与可靠性将得到提高；12）电路设计、工艺制造、封装的分立运行为发展无生产线（Fabless）和无芯片（Chipless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条件。集成电路发展的特点 特征尺寸越来越小 芯片尺寸越来越大 单片上的晶体管数目越来越多 时钟速度越来越快 电源电压越来越低 布线层数越来越多 输入/输出引脚越来越多我国集成电路产业面临的机遇和挑战市场规模不断扩大，我国作为全球最大的整机生产国和重要的信息化市场，新应用领域层出不穷，创造了新的市场空间。但人才、资金、技术等方面面临着严峻的挑战：1）
7、产业总体规模小，市场自给能力不足，高档芯片主要依靠进口。2）企业规模小，力量分散，技术创新难以满足产业发展需要。中小型企业为主，主流产品的设计水平为中低端，制造工艺远落后于国际先进水平，新型高端封装工艺欠缺。3）价值链整合能力不强，芯片与企业整机联动机制尚未形成。设计企业能力不足，难以满足整机企业的需求。整机企业停留在加工组装阶段。芯片企业与整机企业间的沟通不充分，没有形成全方位多层次的联动机制。4）专业设备、仪器和材料发展滞后。上游产业链薄弱，过度依赖进口设备。IDM与Fabless集成电路实现集成电路发展的前三十年中，设计、制造和封装都是集中在半导体生产厂家内进行的，称之为一体化制造(ID
8、M，Integrated Device Manufacture)的集1.2 集成电路设计流程及设计环境19成电路实现模式。近十年以来，电路设计、工艺制造和封装开始分立运行，这为发展无生产线（Fabless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条件，已成为集成电路技术发展的一个重要特征。IC的无生产线设计与代工之间关系20国内代工厂家上海:“中芯”国际，8”,0.35m-90nm；12”,65nm，北京 “宏力”，12”,0.25/0.22/0.18/0.15m1.3 集成电路制造途径21 “华虹-II”，8”,0.25-0.13m北京: 首钢NEC, 8”,0.25m天津:
9、Motolora, 8”,0.25m苏州: 联华(UMC)台湾 新加坡 韩国 欧洲 美国TSMC(台积电)(CMOS/BiCMOS)Chartered(特许)(CMOS/BiCMOS)Dongbu(东部)STM(CMOS/BiCMOS)OrbitUMC(联华)(CMOS/BiCMOS)AMS Agilent境外可用Foundry工艺厂家22(CMOS/BiCMOS)（CMOS）Win(稳懋)(GaAs)OMMIC(GaAs)IBM/Jazz(SiGe)Vitesse(GaAs/InP)Peregrine(SOI/SOS)芯片工程与多项目晶圆计划Single IC Macro-IC MPW$30
10、 00023(layout) (layout/masks) (wafermacro-chip single chip)chip1$30 000chip1 chip2chip3 chip4chip5 chip6$30 000$5 000集成电路设计技术的内容国内外可用生产线资源(工艺, 价格, 服务)的研究和开发可用生产线工艺文件(Tech-files)的建立元件库(Cell-libraries)的开发1.4 集成电路设计知识范围24具有知识产权的单元电路、系统内核(IP-cores)功能模块的开发和利用系统芯片(SoC)设计多项目晶圆的开发与工艺实现芯片测试系统和方法的研究1) 系统知识2) 电路知识计算机/ 通信/ 信息/ 控制等学科模拟/ 数字/ 模数混合/ RFIC / MMIC集成电路设计的知识范围集成电路系统发展到现在的SOC，已经变成了包含多种模块和数字子系统、硬件、软件功能的复杂的信息处理系统。所需的知识范围也大大扩大了。253) 工具知识任务和内容 相应的软件工具Spice / VHDL / Cadence4) 工艺知识 元器件特性和模型/ 工艺原理和过程小结 集成电路的发展规律及趋势 无生产线集成电路设计的特点 多项目晶圆技术的特点及意义
