超大规模集成电路设计导论VLSI1

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1、2013-3-8VLSI设计导论清华大学计算机系06/19/2013集成电路与计算机TsmghuaUniversityDesignTestingEDAToolsManufacture4FPackagingComputer06/19/20132013-3-8第一章概论第一节引言•信息产业值占国民经济总值的40%~60%是支柱•微电子工业是国民经济信息化的基石•集成电路是微电子技术的核心06/19/20132013-3-8■1948年，美国贝尔实验室发明了点接触晶体管1949年，肖克利(W.Shockley

2、)提出结型晶体管的设想■1951年，制成了第一枚面结型的晶体管■1930年，利利费尔德(Lillienfenld)和海尔(Heil)提出了利用半导体表面场效应原理制造固体放大器40年代末，肖克利(W.Shockley)和皮尔逊(G.L.Pearson)研究了这个问题。■1960年，卡恩格(D.Kanng)和阿塔纳(M.M.Atalla)用热氧化硅结构制造了第一枚绝缘栅MOS晶体管。06/19/20132013-3-8TsmghuaUniversity1952年，英国科学家达默提出电路集成化的最初设想。1

3、959年，美国得克萨斯仪器公司的一位工程师基尔比，按照上述设想，制成了世界上第一块集成电路。1959年，美国仙童公司赫尔尼等人发明的“平面工艺二被移到集成电路的制作中,使集成电路很快从实验室研制阶段进入工业生产阶段。1959年，得克萨斯仪器公司首先宣布建成世界上第一条集成电路生产线。■1962年，世界上岀现了第」块集成电路正式商品，这预示着第三代电子器件已正式登上电子学舞台。06/19/20132013-3-8TsmghuaUniversity一.集成电路的发展自从1959年集成电路诞生以来，经历了小规

4、模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）的发展过程，目前已进入超大规模（VLSI）和甚大规模集成电路（ULSI）阶段，进入片上系统（SOC）的时代。■第…代16位的8086芯片中，共容纳了约2.8万个晶体管。32位以上的586级计算机微处理器,女旷奔腾"芯片内的晶体管数目则高达500万以上。目前一个芯片已经可以集成上亿个晶体管。■目前商业化半导体芯片的线宽为0.09〜0.13uin,今后发展的趋势是0.065um甚至0.045卩m以下。06/19/20132013-3-8Moore5sLawan

5、dFutureICTechnologies■MooreLaw…芯片集成度每18个月将翻一番。—至少还会适用15年！(firstpublishedin1965)■1997NationalTechnologyRoadmapforSemiconductorsTechnology(um)0.250.180.150.130.100.07Year199719992001200320062009#transistors11M21M40M76M200M520MOn-ChipClock(MIfe)750120014001

6、60020002500Area(mn?)300340385430520[620WringLevels6&7777-88-92013-3-806/19/2013集成电路的发展特点九十年代以来，集成电路工艺发展非常迅速，已从亚微米（0.5到1微米）、深亚微米（小丁0.5微米）到超深亚微米或纳米（小于0.25微米）。其主要特点：■特征尺寸越来越小■芯片面积越来越大■单片上的晶体管数越来越多■时钟频率越来越高■电源电压越来越低■布线层数越来越多■I/O引线越来越多06/19/20132013-3-8发展规划代次

7、的指标年份19971999200120032006弋2伽匕2009TsmghuaUniversity2012最小线宽0.250.180.150.130.100.070.01(um)DRAM容量256M1G1G-4G4G16G64G256G每片晶体管数112140762005201400(M)芯片尺寸300440385430520620750（平方毫米）频率（兆赫）750120014001600200025003000金属化层层数66-7777-88-99最低供电电压1.8-2.511.5-1.81.2-

8、1.51.2-1.50.9-1.20.6-0.90.5-0.6（V）最大晶圆直径200300300300300450450(mm)2013-3-806/19/20139工艺特征尺寸0111111+工艺尺寸ooO(来逋)彷叱色期19971999200120032006200906/19/20132013-3-810TsmghuaUniversity单个芯片上的晶体管数(w)SSoooOoooO5432OO1±O+晶体管数06/19/20132