大规模集成电路(LSI)

大规模集成电路(lsi)于1970年出现,在一块硅片上包含103-105个元件或100-10000个逻辑门。如 :半导体存储器,某些计算机外设。628512,628128(128k)最大容量1g。

1.lsi工艺技术的发展

  对lsi工艺技术的总要求是超微细化、超高密度化和硅圆化的大直径化。目的在于提高lsi的性能和降低成本。

  用于制作lsi芯片的硅圆片,现在直径已达到300mm。预计再过10年,直径可能会超过400mm。自然,这对硅单晶的制备技术,乃至对整个微电子工艺及其设备,都提出了更高、更苛刻的要求。

  就反映集成电路技术水平的dram(动态随存取存储器)而言,现在已经能够批量生产0.18μm、256mbit的dram,用这种ic几乎可以把整套大百科全书的内容存放到一个芯片中去;预计再过5年,将会研制出0.1μm、16gbit的dram,其中每个芯片所含元件的数目将超过10亿个,而存储容量将约为四个人脑的总和。

  要制作出集成度高的lsi,首当其冲的是要解决超微细图形的曝光技术。目前主要是彩光学的缩小投影式曝光。现在已经开发出了一些新型的所谓超分辨率的曝光技术。例如离轴照明技术(0ai)和移相掩模技术(psm)。

  但是,若要进一步加工出0.1μm的线条,那就必须寻求全新的曝光技术。现在引人瞩目、并正在积极研究和试用的技术是x射线曝光和电子束曝光技术。

  在图形曝光之后,接下来的是腐蚀工作。现在常用的是等离子体气相腐蚀技术。

  在ic技术中,等离子体工艺也常常用于淀积氮化硅(si3n4)和氧化硅(sio2)等薄膜。

  2.超高速lsi技术的发展

  现在很多高科技中都需要快速处理信息,而在希望各种机器设备都具有一定的智能时更是如此,这就要求lsi的工作速度不断提高。

  众所周知,现在微处理器中使用的时钟频率最高为数百mhz,近年即将达到1ghz。今后是否可以继续不断地提高时钟频率呢?这个问题关系到lsi的结构和器件性能等。

  除了衬底结构对lsi的工作速度有所限制以外,其中所含各个mos晶体管的驱动能力也会影响到工作速度。

  3.lsi多层布线技术的发展

  由于高速处理信息的需求,晶体管的尺寸越来越小,ic的集成度也越来越高,从而每个芯片表面上的金属连线-布线,几乎占满了整个表面,而且为了不增加引线的电阻,每条连线的宽度还不可太窄。因此,对vlsi和ulsi来说,往往仅在芯片的表面上来布线已不可行,这就发展出来了所谓多层布线技术。

  目前所实现的多层布线已达到4-5层,总长度达到数百米。预计10年后,随着ic的进一步发展,将达到8层布线,总长度达数千米。

  对多层布线的lsi,还存在有一个散热问题。

  4.系统lsi技术的发展

  随着多媒体机器和个人电脑的普及,自然对lsi就提出了如下的要求:把不同性质的器件和电路都做到同一个芯片上去而构成一个系统,这就是系统lsi,或者称为系统集成芯片(soc)。对于soc,主要是从三个方面来考虑集成:一是以mpu(微处理器)为核,再集成存储器、控制电路等;二是以dsp(数字信号处理器)为核,再集成相关的电路;三是从功能和性能要求出发,设计、制作专用的系统标准产品(assp)。现在,实际的系统lsi往往是采用把逻辑电路、存储器和模拟电路等一起制作在同一个芯片上的技术,即所谓混载技术。

  在系统lsi中,由于集成规模的增大和一些特殊效应的出现,就对设计、制造工艺和封装技术等提出了更高的要求。此外,系统lsi的实现,还必须借助于复杂的计算机辅助设计(cad)技术和优良而精密的封装技术。

  (1)cad技术

  lsi一直是伴随着cad技术的进步而发展起来的。开始只是用cad来进行布线设计,然后逐渐发展到进行逻辑设计、系统设计和技术层次上的设计。现在,已经确立了效率高而又可靠的所谓自上而下(正向)的设计方法,即是从系统的总体要求出发,自上而下地逐步将设计内容细化,最后完成系统硬件的总体设计。

  (2)混载芯片技术

  (a)dram混载芯片

  (b)不挥发性存储器混载芯片

  (c)模拟-数字混载芯片

  (3)多芯片封装技术

  系统lsi的出现,促进了多媒体等设备的小型化、薄型化和轻量化。

  目前系统lsi尚很难完全满足多媒体等设备的低成本、短生产周期的要求。从而,把多

  • 大规模集成电路(LSI)已关闭评论
    A+
发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计