纳米CMOS技术课件PPT.ppt

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XIDIANnoiseLAB纳米CMOS技术XIDIANnoiseLAB纳米CMOS技术一一.绪论绪论二二.基础知识补充基础知识补充硅的平面工艺硅的平面工艺三三.光刻技术光刻技术四四.栅工程栅工程五五.沟道工程和超浅结技术沟道工程和超浅结技术六六.新型纳米新型纳米CMOSCMOS器件器件XIDIANnoiseLAB

（一）绪论XIDIANnoiseLABIC技术发展沿革：

技术发展沿革：

微米亚微米深亚微米超深亚微米（纳米）集成电路的技术进步一般用微细加工精度和芯片的集集成电路的技术进步一般用微细加工精度和芯片的集成度来衡量。

成度来衡量。

2007年：

年：

65纳米纳米CMOS工艺为主流的集成电路技术已开始量产。

工艺为主流的集成电路技术已开始量产。

45纳米先导性生产线也开始投入运转。

纳米先导性生产线也开始投入运转。

CPU上的晶体管数已达到上的晶体管数已达到8亿只。

亿只。

2011年：

年：

Intel宣布使用宣布使用22nm的工艺，采用全新的的工艺，采用全新的3D结构量产芯片。

结构量产芯片。

测试芯片在测试芯片在1cm2上集成上集成29亿只晶体管。

亿只晶体管。

2013年：

年：

14nm生产线正在爱尔兰基尔代尔郡筹备中，预计生产线正在爱尔兰基尔代尔郡筹备中，预计2014年年投入运转投入运转XIDIANnoiseLABIntel处理器的发展XIDIANnoiseLAB硅基MOS集成电路仍将是微电子技术的主流“二十一世纪初，一度很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2012年达到0.035微米的“极限”之后，就是硅技术时代的结束。

”这实际上是一种很错误的观点。

原因:

（2008年）1.新材料、新技术的使用，使特征尺度不断缩小；2.落后于工艺加工技术水平的设计技术、系统结构等方面都有很大的发展潜力；3.集成电路向集成化系统芯片（SystemOnChip，SOC）发展，同时，微电子技术还将广泛地与其他学科相结合，诞生出一系列的新兴学科，比如MEMS（Micro-Electro-MechanicsSystem）和DNA生物芯片。

XIDIANnoiseLAB新材料、新技术的使用使特征尺度不断缩小2002年8月13日，英特尔宣布与90nm制程相关的若干技术取得突破，包括高性能低功耗晶体管、应变硅、高速铜连接和新兴低K介质材料，这是业界在生产中首次使用应变硅。

2006年7月18日，英特尔双核安腾2处理器发布，采用了90nm制程技术生产。

XIDIANnoiseLAB新材料、新技术的使用使特征尺度不断缩小2006年7月27日，英特尔发布酷睿2双核处理器，该处理器包括2.9亿个晶体管，采用了65nm制程技术制程技术生产。

2007年1月8日，英特尔发布了用于桌面电脑的65nm酷睿2四核处理器和用于服务器的四核处理器，晶体管数量达到了5.8亿个。

2007年1月29日，英特尔宣布在晶体管技术上取得突破，其下一代处理器所采用的晶体管将应用高K栅介质和金属栅极这些创新性的材料。

这些突破使得45nm制程技术快速应用于量产产品成为可能。

XIDIANnoiseLAB45nm工艺关键技术XIDIANnoiseLAB32nm技术曾响起的集结号2007年9月，英特尔在开发者论坛上展示了一款采用32nm工艺技术制造的300毫米晶圆。

12月，IBM展示了32nmCMOS工艺制成的新兴SRAM芯片。

同月的IEDM会议上，台积电也发布了32nm低功耗制程。

IBM32nm研发联盟梦幻组合收揽了IBM、AMD、特许、三星、英飞凌、飞思卡尔和东芝这七家领先的芯片厂商。

预计首款32nm处理器将于2009年上市。

32nm技术将耗费芯片厂商30亿美元的工艺研发成本，相当于65nm技术的两倍。

英特尔和台积电选择孤军奋战。

XIDIANnoiseLAB2009年对22nm技术节点的设想工程师必须做出重大决定以实现22nm技术结点例如：

是否要从平面化的CMOS器件结构转变为多栅结构；是否要使用不同的沟道材料。

XIDIANnoiseLAB22nm工艺的风险评估（2009）XIDIANnoiseLABIntel的22nm工艺（2012年）Intel宣布使用宣布使用22nm的工艺，采用全新的的工艺，采用全新的3D结构量产芯片。

结构量产芯片。

英特尔的英特尔的22nm制程将基于英特尔的第三制程将基于英特尔的第三代代high-k/金属栅方法，它使用铜互连、金属栅方法，它使用铜互连、low-k技术。

与技术。

与32nm相同，英特尔采用相同，英特尔采用193nm浸液式光刻技术。

浸液式光刻技术。

XIDIANnoiseLABIntel公布的关于未来两年的路线图（2012年）2013年，以14nm工艺生产芯片；2015年，以10nm工艺生产芯片；2017年，以7nm工艺生产芯片。

XIDIANnoiseLAB设计技术、系统结构等方面的发展以Intel的“Tick-Tock”处理器发展战略为例：

Tick-Tock就是时钟的“嘀嗒”的意思，一个嘀嗒代表着一秒，而在Intel处理器发展战略上，每一个嘀嗒代表2年一次的工艺制程进步。

每个Tick-Tock中的“Tick”，代表着工艺的提升、晶体管变小，并在此基础上增强原有的微架构，而Tick-Tock中的“Tock”，则在维持相同工艺前提下，进行微架构的革新。

交替进行，避免同时革新可能带来的失败风险，持续的发展能降低研发周期，对市场造成持续的刺激，并最终提升产品的竞争力。

XIDIANnoiseLAB设计技术、系统结构等方面的发展来源于IT168http:

/XIDIANnoiseLAB设计技术、系统结构等方面的发展XIDIANnoiseLAB设计技术、系统结构等方面的发展很多著名的微电子学专家预测，微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空这样的比较成熟的领域。

即使微电子产业步入成熟领域，它仍将保持快速发展的趋势，像汽车、航空工业已经发展了100多年仍极具发展潜力一样，以硅基为基础的微电子产业至少在未来几十年中会保持目前的高速发展趋势XIDIANnoiseLAB市场需求推动半导体产业发展市场需求推动半导体产业发展对半导体的需求通常可用电子产品中的硅含量来表述，即每个电子产品中，半导体含量占产品价格的百分比。

196519751985199520052010电子产品中电子产品中的硅含量的硅含量2672123硅片直径硅片直径（mm）502”1004”1506”2008”30012”半导体产值半导体产值（亿美元）（亿美元）1540250144022743056XIDIANnoiseLAB市场需求是推动半导体产业发展市场需求是推动半导体产业发展一台Nokia的智能手机，价值5000元，而其中半导体元件的总值达1500元，表示硅含量为30%。

全球手机目前保有量为24亿支，不久将扩大至40亿支。

又如计算机，目前年销售2.5亿台，未来这个数字将达到20亿台。

除了目前PC、手机、无线应用等外，如医疗电子、机器人、游戏机、汽车电子等市场都将有大的发展空间。

XIDIANnoiseLAB集成电路走向系统芯片SOCSOCSystemOnAChipXIDIANnoiseLABICIC的速度很高、功耗很小，但由于的速度很高、功耗很小，但由于的速度很高、功耗很小，但由于的速度很高、功耗很小，但由于PCBPCB板中的连线延时、噪声、可靠板中的连线延时、噪声、可靠板中的连线延时、噪声、可靠板中的连线延时、噪声、可靠性以及重量等因素的限制，已无法性以及重量等因素的限制，已无法性以及重量等因素的限制，已无法性以及重量等因素的限制，已无法满足性能日益提高的整机系统的要求满足性能日益提高的整机系统的要求满足性能日益提高的整机系统的要求满足性能日益提高的整机系统的要求ICIC设计与制造技术水平的提高，设计与制造技术水平的提高，设计与制造技术水平的提高，设计与制造技术水平的提高，ICIC规模越来越大，已可以在一个规模越来越大，已可以在一个规模越来越大，已可以在一个规模越来越大，已可以在一个芯片上集成芯片上集成芯片上集成芯片上集成101088101099个晶体管个晶体管个晶体管个晶体管分分立立元元件件集成集成电路电路IC系系统统芯芯片片SystemOnAChip（简称简称SOC）将整个系统集成在将整个系统集成在一个一个微电子芯片上微电子芯片上在需求牵引和技术在需求牵引和技术推动的双重作用下推动的双重作用下系统芯片系统芯片（SOC）与集成与集成电路电路（IC）的设计思想是的设计思想是不同的，它是微电子技不同的，它是微电子技术领域的一场革命。

术领域的一场革命。

集成电路走向系统芯片XIDIANnoiseLAB六十年代的集成电路设计六十年代的集成电路设计微米级工艺微米级工艺基于晶体管级互连基于晶体管级互连主流主流CAD：

图形编辑：

图形编辑VddABOutXIDIANnoiseLAB八十年代的电子系统设计八十年代的电子系统设计PCB集成集成工艺无关工艺无关系统系统亚微米级工艺亚微米级工艺依赖工艺依赖工艺基于标准单元互连基于标准单元互连主流主流CAD:

门阵列门阵列标准单元标准单元集成电路芯片集成电路芯片XIDIANnoiseLAB世纪之交的系统设计世纪之交的系统设计SYSTEM-ON-A-CHIPSYSTEM-ON-A-CHIP深亚微米、超深亚深亚微米、超深亚微米级工艺微米级工艺基于基于IP复用复用主流主流CAD：

软硬件协：

软硬件协同设计同设计MEMORYMEMORYCache/SRAMCache/SRAMorevenDRAMorevenDRAMProcessorProcessorCoreCoreDSPDSPProcessorProcessorCoreCoreGraphicsGraphicsMPEGMPEGVRAMVRAMMotionMotionEncryption/Encryption/DecryptionDecryptionSCSISCSIEISAInterfaceEISAInterfaceGlueGlueGlueGluePCIInterfacePCIInterfaceI/OInterfaceI/OInterfaceLANInterfaceLANInterfaceXIDIANnoiseLABSOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个芯片上完成整个系统的功能SOC必须采用从系统行为级开始自顶向下（Top-Down）地设计SOC的优势嵌入式模拟电路的Core可以抑制噪声问题嵌入式CPUCore可以使设计者有更大的自由度降低功耗，不需要大量的输出缓冲器使DRAM和CPU之间的速度接近集成电路走向系统芯片XIDIANnoiseLABSOC与IC组成的系统相比，由于SOC能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标若采用IS方法和0.35m工艺设计系统芯片，在相同的系统复杂度和处理速率下，能够相当于采用0.250.18m工艺制作的IC所实现的同样系统的性能与采用常规IC方法设计的芯片相比，采用SOC完成同样功能所需要的晶体管数目可以有数量级的降低集成电路走向系统芯片XIDIANnoiseLABSOC的三大支持技术软硬件协同设计：

Co-DesignIP技术界面综合（InterfaceSynthesis）技术集成电路走向系统芯片XIDIANnoiseLAB软硬件Co-Design面向各种系统的功能划分理论（FunctionPartationTheory）计算机通讯压缩解压缩加密与解密集成电路走向系统芯片XIDIANnoiseLABIP技术软IP核：

SoftIP（行为描述）固IP核：

FirmIP（门级描述，网单）硬IP核：

HardIP（版图）通用模块CMOSDRAM数模混合：

D/A、A/D深亚微米电路优化设计：

在模型模拟的基础上，对速度、功耗、可靠性等进行优化设计最大工艺容差设计：

与工艺有最大的容差集成电路走向系统芯片XIDIAN