第一章 绪言.ppt

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1、集成电路设计导论集成电路设计导论云南大学信息学院电子工程系云南大学信息学院电子工程系梁竹关梁竹关第一部分第一部分第一部分第一部分 理论课理论课理论课理论课第一章第一章第一章第一章 绪言绪言绪言绪言1 111集成电路的发展集成电路的发展集成电路的发展集成电路的发展1 122集成电路分类集成电路分类集成电路分类集成电路分类1 133集成电路设计集成电路设计集成电路设计集成电路设计第二章第二章第二章第二章 MOSMOS晶体管晶体管晶体管晶体管2 21MOS1MOS晶体管结构晶体管结构晶体管结构晶体管结构2 22MOS2MOS晶体管工作原理晶体管工作原理晶体管工作原理晶体管工作原理2 23MOS3MO

2、S晶体管的电流电压关系晶体管的电流电压关系晶体管的电流电压关系晶体管的电流电压关系2 24MOS4MOS晶体管主要特性参数晶体管主要特性参数晶体管主要特性参数晶体管主要特性参数2 25MOS5MOS晶体管的晶体管的晶体管的晶体管的SPICESPICE模型模型模型模型第三章第三章第三章第三章 MOSMOS管反相器管反相器管反相器管反相器3 311引言引言引言引言3 32NMOS2NMOS管反相器管反相器管反相器管反相器3 33CMOS3CMOS反相器反相器反相器反相器3 344动态反相器动态反相器动态反相器动态反相器3 355延迟延迟延迟延迟3 366功耗功耗功耗功耗第四章第四章第四章第四章 半

3、导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则4.14.1引言引言引言引言4.24.2集成电路基本加工工艺集成电路基本加工工艺集成电路基本加工工艺集成电路基本加工工艺4.3CMOS4.3CMOS工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程4.44.4设计规则设计规则设计规则设计规则4.5CMOS4.5CMOS反相器的闩锁效应反相器的闩锁效应反相器的闩锁效应反相器的闩锁效应4.64.6版图设计版图设计版图设计版图设计第五章第五章第五章第五章 MOSMOS管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计

4、管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计5.1NMOS5.1NMOS管逻辑电路管逻辑电路管逻辑电路管逻辑电路5.25.2静态静态静态静态CMOSCMOS逻辑电路逻辑电路逻辑电路逻辑电路5.3MOS5.3MOS管改进型逻辑电路管改进型逻辑电路管改进型逻辑电路管改进型逻辑电路5.4MOS5.4MOS管传输逻辑电路管传输逻辑电路管传输逻辑电路管传输逻辑电路5.55.5触发器触发器触发器触发器5.65.6移位寄存器移位寄存器移位寄存器移位寄存器5.75.7输入输出（输入输出（输入输出（输入输出（I/OI/O）单元）单元）单元）单元第六章第六章第六章第六章 MOSMOS管数字集成电路

5、子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计6.16.1引言引言引言引言6.26.2加法器加法器加法器加法器6.36.3乘法器乘法器乘法器乘法器6.46.4存储器存储器存储器存储器6.5PLA6.5PLA第七章第七章第七章第七章 MOSMOS管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础7.17.1引言引言引言引言7.2MOS7.2MOS管模拟集成电路中的基本元器件管模拟集成电路中的基本元器件管模拟集成电路中的基本元器件管模拟集成电路中的基本元器件7.3MOS7.3MOS模拟集成电路基本单元电路模拟集成电路基本单元

6、电路模拟集成电路基本单元电路模拟集成电路基本单元电路7.4MOS7.4MOS管模拟集成电路版图设计管模拟集成电路版图设计管模拟集成电路版图设计管模拟集成电路版图设计第八章第八章第八章第八章 集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计8.18.1引言引言引言引言8.28.2模拟集成电路测试模拟集成电路测试模拟集成电路测试模拟集成电路测试8.38.3数字集成电路测试数字集成电路测试数字集成电路测试数字集成电路测试8.48.4数字集成电路的可测性设计数字集成电路的可测性设计数字集成电路的可测性设计数字集成电路的可测性设计第二部分第二部分第

7、二部分第二部分 实验课实验课实验课实验课1 1、数字集成电路、数字集成电路、数字集成电路、数字集成电路（1 1）不同负载反相器的仿真比较；）不同负载反相器的仿真比较；）不同负载反相器的仿真比较；）不同负载反相器的仿真比较；（2 2）静态）静态）静态）静态CMOSCMOS逻辑门电路仿真分析；逻辑门电路仿真分析；逻辑门电路仿真分析；逻辑门电路仿真分析；（3 3）设计）设计）设计）设计CMOSCMOS反相器版图；反相器版图；反相器版图；反相器版图；（4 4）设计）设计）设计）设计D D触发器及其版图；触发器及其版图；触发器及其版图；触发器及其版图；（5 5）设计模）设计模）设计模）设计模1616的计

8、数器及其版图（可选）。的计数器及其版图（可选）。的计数器及其版图（可选）。的计数器及其版图（可选）。2 2、模拟集成电路、模拟集成电路、模拟集成电路、模拟集成电路设计一个设计一个设计一个设计一个MOSMOS放大电路（可选）放大电路（可选）放大电路（可选）放大电路（可选）。章次章次章次章次题目题目题目题目教学时教学时教学时教学时数数数数第一章第一章第一章第一章绪言绪言绪言绪言2 2学时学时学时学时第二章第二章第二章第二章MOSMOS晶体管晶体管晶体管晶体管4 4学时学时学时学时第三章第三章第三章第三章MOSMOS管反相器管反相器管反相器管反相器 6 6学时学时学时学时第四章第四章第四章第四章半导

9、体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 6 6学时学时学时学时第五章第五章第五章第五章MOSMOS管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计管数字集成电路基本逻辑单元设计 4 4学时学时学时学时第六章第六章第六章第六章MOSMOS管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计管数字集成电路子系统设计 4 4学时学时学时学时第七章第七章第七章第七章MOSMOS管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基础管模拟集成电路设计基

10、础管模拟集成电路设计基础6 6学时学时学时学时第八章第八章第八章第八章集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计集成电路的测试与可测性设计 4 4学时学时学时学时总计总计总计总计3636学时学时学时学时教学进度表教学进度表参考文献参考文献参考文献参考文献11王志功，景为平，孙玲王志功，景为平，孙玲王志功，景为平，孙玲王志功，景为平，孙玲.集成电路设计技术与工具集成电路设计技术与工具集成电路设计技术与工具集成电路设计技术与工具.南京：南京：南京：南京：东南大学出版社，东南大学出版社，东南大学出版社，东南大学出版社，20072007年年年年7 7月（国家级规划教

11、材）月（国家级规划教材）月（国家级规划教材）月（国家级规划教材）.22（美）（美）（美）（美）R.JacobR.JacobBaker,HarryW.Li,DavidE.Boyce.Baker,HarryW.Li,DavidE.Boyce.CMOSCircuitDesign,LayoutandSimulation.CMOSCircuitDesign,LayoutandSimulation.北京：北京：北京：北京：机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，2006.2006.33陈中建主译陈中建主译陈中建主译陈中建主译.CMOS.CMOS电路设计、布局与仿真电路设计、布局与仿

12、真电路设计、布局与仿真电路设计、布局与仿真.北京：机械工北京：机械工北京：机械工北京：机械工 业出版社，业出版社，业出版社，业出版社，2006.2006.44（美）（美）（美）（美）WayneWolf.ModernVLSIDesignSystemonWayneWolf.ModernVLSIDesignSystemonSilicon.Silicon.北京：科学出版社，北京：科学出版社，北京：科学出版社，北京：科学出版社，2002.2002.55朱正涌朱正涌朱正涌朱正涌.半导体集成电路半导体集成电路半导体集成电路半导体集成电路.北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，北京

13、：清华大学出版社，2001.2001.66王志功，沈永朝王志功，沈永朝王志功，沈永朝王志功，沈永朝.集成电路设计基础集成电路设计基础集成电路设计基础集成电路设计基础电子工业出版电子工业出版电子工业出版电子工业出版社，社，社，社，20042004年年年年5 5月（月（月（月（2121世纪高等学校电子信息类教材）世纪高等学校电子信息类教材）世纪高等学校电子信息类教材）世纪高等学校电子信息类教材）.集集集集成成成成电电电电路路路路产产产产业业业业有有有有三三三三个个个个非非非非常常常常重重重重要要要要环环环环节节节节：集集集集成成成成电电电电路路路路设设设设计计计计、芯芯芯芯片片片片制制制制造造造造

14、和和和和封封封封装装装装测测测测试试试试。集集集集成成成成电电电电路路路路设设设设计计计计是是是是以以以以人人人人为为为为主主主主的的的的智智智智力力力力密密密密集集集集型型型型产产产产业业业业，位于产业链的上游。位于产业链的上游。位于产业链的上游。位于产业链的上游。集集集集成成成成电电电电路路路路(Integrated(IntegratedCircuit/IC)Circuit/IC)是是是是指指指指用用用用半半半半导导导导体体体体工工工工艺艺艺艺，如如如如薄薄薄薄膜膜膜膜、厚厚厚厚膜膜膜膜工工工工艺艺艺艺（或或或或这这这这些些些些工工工工艺艺艺艺的的的的组组组组合合合合），把把把把电电电电路

15、路路路有有有有源源源源器器器器件件件件、无无无无源源源源元元元元件件件件及及及及互互互互连连连连布布布布线线线线以以以以相相相相互互互互不不不不可可可可分分分分离离离离的的的的状状状状态态态态制制制制作作作作在在在在半半半半导导导导体体体体（如如如如硅硅硅硅或或或或砷砷砷砷化化化化镓镓镓镓）或或或或绝绝绝绝缘缘缘缘材材材材料料料料基基基基片片片片上上上上，最最最最后后后后封封封封装装装装在在在在一一一一个个个个管管管管壳壳壳壳内内内内，构构构构成成成成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子

16、系统或系统。一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。第一章第一章绪言绪言1.1集成电路分类集成电路分类1 1、按器件结构类型分类、按器件结构类型分类、按器件结构类型分类、按器件结构类型分类（1 1）双极（）双极（）双极（）双极（BJTBJT）管集成电路：主要由双极晶体管构成）管集成电路：主要由双极晶体管构成）管集成电路：主要由双极晶体管构成）管集成电路：主要由双极晶体管构成-只含只含只含只含NPNNPN型晶体管的双极集成电路（数字电路）型晶体管的双极集成电路（数字电路）型晶体管的双极集成电路（数字电路）型晶体管的双极集成电路（数字电路）-含含含含NPNNPN型及型及型及型及PNPP

17、NP型晶体管的双极集成电路（模拟电路）型晶体管的双极集成电路（模拟电路）型晶体管的双极集成电路（模拟电路）型晶体管的双极集成电路（模拟电路）（2 2）金金金金属属属属-氧氧氧氧化化化化物物物物-半半半半导导导导体体体体(MOS)(MOS)管管管管集集集集成成成成电电电电路路路路：主主主主要要要要由由由由MOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管(单极晶体管单极晶体管单极晶体管单极晶体管)构成构成构成构成-NMOS-NMOS晶体管晶体管晶体管晶体管-PMOS-PMOS晶体管晶体管晶体管晶体管-CMOS(-CMOS(互补互补互补互补MOS)MOS)晶体管晶体管晶体管晶体管（3 3）双双双双极极极极-MO

18、S-MOS(Bi-MOS)(Bi-MOS)管管管管集集集集成成成成电电电电路路路路：同同同同时时时时包包包包括括括括双双双双极极极极和和和和MOSMOS晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的集集集集成成成成电电电电路路路路为为为为Bi-MOSBi-MOS集集集集成成成成电电电电路路路路，综综综综合合合合了了了了双双双双极极极极和和和和MOSMOS器件两者的优点，但制作工艺复杂。器件两者的优点，但制作工艺复杂。器件两者的优点，但制作工艺复杂。器件两者的优点，但制作工艺复杂。2 2、按集成电路规模分类、按集成电路规模分类、按集成电路规模分类、按集成电路规模分类集成度指的是每块集成电路芯片中包含的元器件数

19、目。集成度指的是每块集成电路芯片中包含的元器件数目。集成度指的是每块集成电路芯片中包含的元器件数目。集成度指的是每块集成电路芯片中包含的元器件数目。按按按按规规规规模模模模分分分分类类类类，集集集集成成成成电电电电路路路路则则则则可可可可分分分分成成成成：小小小小规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路(Small(SmallScaleScaleICIC，SSI)SSI)、中中中中规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路(Medium(MediumScaleScaleICIC，MSI)MSI)、大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路(Large(Large S

20、caleScale ICIC，LSI)LSI)、超超超超大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路(Very(Very LargeLarge ScaleScale ICIC，VLSI)VLSI)、特特特特大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路(Ultra(UltraLargeLargeScaleScaleICIC，ULSI)ULSI)和和和和 巨巨巨巨大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路(Gigantic(GiganticScaleScaleICIC，GSIGSI）尽尽尽尽管管管管英英英英语语语语中中中中有有有有VLSIVLSI，ULSlUL

21、Sl和和和和GSIGSI之之之之分分分分，但但但但VLSIVLSI使使使使用用用用最最最最频频频频繁繁繁繁，其其其其含含含含义义义义往往往往往往往往包包包包括括括括了了了了ULSIULSI和和和和GSIGSI。中中中中文文文文中中中中把把把把VLSIVLSI译译译译为为为为超超超超大大大大规规规规模模模模集集集集成，更是包含了成，更是包含了成，更是包含了成，更是包含了ULSIULSI和和和和GSIGSI的意义。的意义。的意义。的意义。此此此此外外外外，还还还还有有有有按按按按其其其其他他他他标标标标准准准准的的的的一一一一些些些些ICIC分分分分类类类类，如如如如按按按按电电电电路路路路功功功

22、功能能能能和和和和所所所所处处处处理理理理信信信信号号号号的的的的不不不不同同同同，可可可可分分分分数数数数字字字字或或或或逻逻逻逻辑辑辑辑集集集集成成成成电电电电路路路路（Digital/LogicDigital/LogicICIC）、模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路（AnalogAnalog ICIC）和和和和数数数数模模模模混混混混合合合合集集集集成成成成电电电电路路路路（Digital-Digital-AnalogMixedICAnalogMixedIC）。）。）。）。1.2集成电路的发展集成电路的发展1 1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标、描述集成电路工艺技术

23、水平的五个技术指标、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标（1 1）集成度（）集成度（）集成度（）集成度（IntegrationLevelIntegrationLevel）集集集集成成成成度度度度是是是是以以以以一一一一个个个个ICIC芯芯芯芯片片片片所所所所包包包包含含含含的的的的元元元元件件件件（晶晶晶晶体体体体管管管管或或或或门门门门/数数数数）来来来来衡衡衡衡量量量量（包包包包括括括括有有有有源源源源和和和和无无无无源源源源元元元元件件件件）。随随随随着着着着集集集集成成成成度度度度的的的的提提提提高高高高，使使使使ICIC及及及及使使使使用用用

24、用ICIC的的的的电电电电子子子子设设设设备备备备的的的的功功功功能能能能增增增增强强强强、速速速速度度度度和和和和可可可可靠靠靠靠性性性性提提提提高高高高、功功功功耗耗耗耗降降降降低低低低、体体体体积积积积和和和和重重重重量量量量减减减减小小小小、产产产产品品品品成成成成本本本本下下下下降降降降，从从从从而而而而提提提提高高高高了了了了性性性性能能能能/价价价价格格格格比比比比，不不不不断断断断扩扩扩扩大大大大其其其其应应应应用用用用领领领领域域域域，因因因因此此此此集集集集成成成成度度度度是是是是ICIC技技技技术术术术进进进进步步步步的的的的标标标标志志志志。为为为为了了了了提提提提高高

25、高高集集集集成成成成度度度度采采采采取取取取了了了了增增增增大大大大芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积、缩缩缩缩小小小小器器器器件件件件特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸、改改改改进进进进电电电电路路路路及及及及结结结结构构构构设设设设计计计计等等等等措措措措施施施施。为为为为节节节节省省省省芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积普普普普遍遍遍遍采采采采用用用用了了了了多多多多层层层层布布布布线线线线结结结结构构构构。硅硅硅硅晶晶晶晶片片片片集集集集成成成成（WaferWaferScaleScaleIntegrationIntegration-WSI)-WSI)和和和和三三三三维维维维集集集集成成成成技

26、技技技术术术术也也也也正正正正在在在在研研研研究究究究开开开开发发发发。从从从从电电电电子子子子系系系系统统统统的的的的角角角角度度度度来来来来看看看看，集集集集成成成成度度度度的的的的提提提提高高高高使使使使ICIC进进进进入入入入系系系系统统统统集集集集成成成成或片上系统（或片上系统（或片上系统（或片上系统（SoCSoC）的时代。）的时代。）的时代。）的时代。2 2、特征尺寸、特征尺寸、特征尺寸、特征尺寸(FeatureSize)/(FeatureSize)/（CriticalDimensionCriticalDimension）特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸定定定定义义义义为为为为器器

27、器器件件件件中中中中最最最最小小小小线线线线条条条条宽宽宽宽度度度度(对对对对MOSMOS器器器器件件件件而而而而言言言言，通通通通常常常常指指指指器器器器件件件件栅栅栅栅电电电电极极极极所所所所决决决决定定定定的的的的沟沟沟沟道道道道几几几几何何何何长长长长度度度度)，也也也也可可可可定定定定义义义义为为为为最最最最小小小小线线线线条条条条宽宽宽宽度度度度与与与与线线线线条条条条间间间间距距距距之之之之和和和和的的的的一一一一半半半半。减减减减小小小小特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸是是是是提提提提高高高高集集集集成成成成度度度度、改改改改进进进进器器器器件件件件性性性性能能能能的的的的关关

28、关关键键键键。特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的减减减减小小小小主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于光光光光刻刻刻刻技技技技术术术术的的的的改改改改进进进进。集集集集成成成成电电电电路路路路的的的的特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸向向向向深深深深亚亚亚亚微微微微米米米米发发发发展展展展，目目目目前前前前的的的的规规规规模模模模化化化化生生生生产是产是产是产是0.180.18 mm、0.150.15 mm、0.130.13 mm和和和和0.090.09 mm。3 3、晶片直径、晶片直径、晶片直径、晶片直径(WaferDiameter)(WaferDiameter)为为为为了了了了提提提

29、提高高高高集集集集成成成成度度度度，可可可可适适适适当当当当增增增增大大大大芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积。然然然然而而而而，芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积的的的的增增增增大大大大导导导导致致致致每每每每个个个个圆圆圆圆片片片片内内内内包包包包含含含含的的的的芯芯芯芯片片片片数数数数减减减减少少少少，从从从从而而而而使使使使生生生生产产产产效效效效率率率率降降降降低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。4 4、芯片面积、芯片面积、芯片面积、芯片面积

30、(ChipArea)(ChipArea)随随随随着着着着集集集集成成成成度度度度的的的的提提提提高高高高，每每每每芯芯芯芯片片片片所所所所包包包包含含含含的的的的晶晶晶晶体体体体管管管管数数数数不不不不断断断断增增增增多多多多，平平平平均均均均芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积也也也也随随随随之之之之增增增增大大大大。芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积的的的的增增增增大大大大也也也也带带带带来来来来一一一一系系系系列列列列新新新新的的的的问问问问题题题题。如如如如大大大大芯芯芯芯片片片片封封封封装装装装技技技技术术术术、成成成成品品品品率率率率以以以以及及及及由由由由于于于于每每每每个个个个大大大

31、大圆圆圆圆片片片片所所所所含含含含芯芯芯芯片片片片数数数数减减减减少少少少而而而而引引引引起起起起的的的的生生生生产产产产效效效效率率率率降降降降低低低低等等等等。但但但但后后后后一一一一问问问问题题题题可可可可通通通通过过过过增大晶片直径来解决。增大晶片直径来解决。增大晶片直径来解决。增大晶片直径来解决。5 5、封装、封装、封装、封装(Package)(Package)ICIC的的的的 封封封封 装装装装 最最最最 初初初初 采采采采 用用用用 插插插插 孔孔孔孔 封封封封 装装装装 THPTHP(through-hole(through-holepackage)package)形形形形式式

32、式式。为为为为适适适适应应应应电电电电子子子子设设设设备备备备高高高高密密密密度度度度组组组组装装装装的的的的要要要要求求求求，表表表表面面面面安安安安装装装装封封封封装装装装(SMP)(SMP)技技技技术术术术迅迅迅迅速速速速发发发发展展展展起起起起来来来来。在在在在电电电电子子子子设设设设备备备备中中中中使使使使用用用用SMPSMP的的的的优优优优点点点点是是是是能能能能节节节节省省省省空空空空间间间间、改改改改进进进进性性性性能能能能和和和和降降降降低低低低成成成成本本本本，因因因因SMPSMP不不不不仅仅仅仅体体体体积积积积小小小小而而而而且且且且可可可可安安安安装装装装在在在在印印印

33、印制制制制电电电电路路路路板板板板的的的的两两两两面面面面，使使使使电电电电路路路路板板板板的的的的费费费费用用用用降降降降低低低低6060，并使性能得到改进。，并使性能得到改进。，并使性能得到改进。，并使性能得到改进。6060年年年年代代代代，TTLTTL、ECLECL出出出出现现现现并并并并得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用。19661966年年年年 MOSMOSLSILSI发明（集成度高，功耗低）。发明（集成度高，功耗低）。发明（集成度高，功耗低）。发明（集成度高，功耗低）。7070年年年年代代代代，MOSMOSLSILSI得得得得到到到到大大大大发发发发展展展展（出出出出

34、现现现现集集集集成成成成化化化化微微微微处处处处理理理理器器器器，存存存存储储储储器），典型产品有器），典型产品有器），典型产品有器），典型产品有64KDRAM64KDRAM，1616位位位位 MPUMPU。8080年年年年代代代代 VLSIVLSI出出出出现现现现，使使使使ICIC进进进进入入入入了了了了崭崭崭崭新新新新的的的的阶阶阶阶段段段段（其其其其标标标标志志志志为为为为特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸小小小小于于于于2 2 mm，集集集集成成成成度度度度 101055个个个个元元元元件件件件/片片片片）典典典典型型型型产产产产品品品品4M4MDRAMDRAM(集集集集成成成成度度度度

35、 8 810106 6，芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积91mm91mm2 2，特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸0.8m0.8m，晶晶晶晶片片片片直直直直径径径径150mm)150mm)，于，于，于，于8989年开始商业化生产，年开始商业化生产，年开始商业化生产，年开始商业化生产，9595年达到生产顶峰。年达到生产顶峰。年达到生产顶峰。年达到生产顶峰。2 2、集成电路发展简史、集成电路发展简史、集成电路发展简史、集成电路发展简史 9090年年年年代代代代，ASICASIC、ULSIULSI和和和和巨巨巨巨大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成GSIGSI等等等等代代代代表表表表更更更更高高高

36、高技技技技术术术术水水水水平平平平的的的的ICIC不不不不断断断断涌涌涌涌现现现现，并并并并成成成成为为为为ICIC应应应应用用用用的的的的主主主主流流流流产产产产品品品品。11GGDRAMDRAM(集集集集成成成成度度度度2.22.210109 9，芯芯芯芯片片片片面面面面积积积积700mm700mm2 2，特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸0.18m0.18m，晶晶晶晶片片片片直直直直径径径径200mm)200mm)，20002000年年年年开开开开始始始始商商商商业业业业化化化化生生生生产产产产，20042004年年年年 达达达达 到到到到 生生生生 产产产产 顶顶顶顶 峰峰峰峰。集集集集

37、 成成成成 电电电电 路路路路 的的的的 规规规规 模模模模 不不不不 断断断断 提提提提 高高高高，CPU(P4)CPU(P4)己己己己超超超超过过过过40004000万万万万晶晶晶晶体体体体管管管管，DRAMDRAM已已已已达达达达GbGb规规规规模模模模。集集集集成成成成电电电电路路路路的的的的速速速速度度度度不不不不断断断断提提提提高高高高，采采采采用用用用0.130.13 mmCMOSCMOS工工工工艺艺艺艺实实实实现现现现的的的的CPUCPU主主主主时时时时钟钟钟钟已已已已超超超超过过过过2GHz2GHz，实实实实现现现现的的的的超超超超高高高高速速速速数数数数字字字字电电电电路路

38、路路速速速速率率率率已已已已超超超超过过过过10Gb/s10Gb/s，射频电路的最高工作频率已超过，射频电路的最高工作频率已超过，射频电路的最高工作频率已超过，射频电路的最高工作频率已超过6GHz6GHz。2121世世世世纪纪纪纪，集集集集成成成成电电电电路路路路复复复复杂杂杂杂度度度度不不不不断断断断增增增增加加加加，系系系系统统统统芯芯芯芯片片片片或或或或称称称称芯芯芯芯片片片片系系系系统统统统SoC(SystemSoC(System-on-Chip)-on-Chip)成成成成为为为为开开开开发发发发目目目目标标标标、纳纳纳纳米米米米器器器器件件件件与与与与电电电电路路路路等等等等领域的研

39、究已展开。领域的研究已展开。领域的研究已展开。领域的研究已展开。现现现现在在在在的的的的SOCSOC芯芯芯芯片片片片有有有有三三三三种种种种主主主主要要要要类类类类型型型型，一一一一种种种种是是是是以以以以MPUMPU为为为为核核核核心心心心，集集集集成成成成各各各各种种种种存存存存储储储储器器器器、控控控控制制制制电电电电路路路路、时时时时钟钟钟钟电电电电路路路路，乃乃乃乃至至至至I/OI/O和和和和A/DA/D、D/AD/A功功功功能能能能于于于于一一一一个个个个芯芯芯芯片片片片上上上上；另另另另一一一一种种种种是是是是以以以以DSPDSP为为为为核核核核心心心心，多多多多功功功功能能能能

40、集集集集成成成成为为为为SOCSOC；再再再再一一一一种种种种则则则则是是是是上上上上两两两两种种种种的的的的混混混混合合合合或或或或者者者者把把把把系系系系统统统统算算算算法法法法与与与与芯芯芯芯片片片片结结结结构构构构有有有有机机机机地地地地集集集集成成成成为为为为SOCSOC。它它它它们们们们在在在在IPIP利利利利用用用用率率率率、通通通通用用用用性性性性、芯芯芯芯片片片片利利利利用用用用率率率率、性能以及设计周期等方面各具优缺点，因此当前兼容共存。性能以及设计周期等方面各具优缺点，因此当前兼容共存。性能以及设计周期等方面各具优缺点，因此当前兼容共存。性能以及设计周期等方面各具优缺点，

41、因此当前兼容共存。1.2.11.2.1摩尔定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律 摩摩摩摩尔尔尔尔定定定定律律律律是是是是由由由由英英英英特特特特尔尔尔尔（IntelIntel）创创创创始始始始人人人人之之之之一一一一戈戈戈戈登登登登 摩摩摩摩尔尔尔尔（GordonGordonMooreMoore）提提提提出出出出来来来来的的的的。其其其其内内内内容容容容为为为为：当当当当价价价价格格格格不不不不变变变变时时时时，集集集集成成成成电电电电路路路路上上上上可可可可容容容容纳纳纳纳的的的的晶晶晶晶体体体体管管管管数数数数目目目目，约约约约每每每每隔隔隔隔1818个个个个月月月月便便便便会会会会增增增增加加加

42、加一一一一倍倍倍倍，性性性性能能能能也也也也将将将将提提提提升升升升一一一一倍倍倍倍。换换换换言言言言之之之之，每每每每一一一一美美美美元元元元所所所所能能能能买买买买到到到到的的的的电电电电脑脑脑脑性性性性能能能能，将将将将每每每每隔隔隔隔1818个月翻两倍以上。个月翻两倍以上。个月翻两倍以上。个月翻两倍以上。沿沿沿沿着着着着MooreMoore定定定定律律律律发发发发展展展展，必必必必然然然然会会会会提提提提出出出出微微微微电电电电子子子子加加加加工工工工尺尺尺尺度度度度和和和和器器器器件件件件尺尺尺尺度度度度的的的的缩缩缩缩小小小小有有有有无无无无极极极极限限限限的的的的问问问问题题题题

43、。对对对对于于于于加加加加工工工工技技技技术术术术极极极极限限限限，主主主主要要要要是是是是光光光光刻刻刻刻精精精精度度度度，随随随随着着着着技技技技术术术术的的的的不不不不断断断断发发发发展展展展，体体体体现现现现为为为为EUVEUV（特特特特短短短短紫紫紫紫外外外外光光光光）的的的的发发发发展展展展和和和和电电电电子子子子束束束束投投投投影影影影曝曝曝曝技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展。现现现现在在在在看看看看来来来来，这这这这一一一一极极极极限限限限在在在在近近近近期期期期内内内内将将将将不不不不会会会会影影影影响响响响芯芯芯芯片片片片的的的的进进进进步步步步。另另另另一一一一方

44、方方方面面面面，来来来来自自自自器器器器件件件件结结结结构构构构（MOSMOS）晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的某某某某些些些些物物物物理理理理本本本本质质质质上上上上的的的的限限限限制制制制，如如如如量量量量子子子子力力力力学学学学测测测测不不不不准准准准原原原原理理理理和和和和统统统统计计计计力力力力学学学学热热热热涨涨涨涨落落落落等等等等，可可可可能能能能会会会会使使使使MOSFETMOSFET缩缩缩缩小小小小到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度后后后后不不不不能能能能再再再再正正正正常常常常工工工工作作作作，这这这这就有可能改变今日硅芯片以就有可能改变今日硅芯片以就有可能改变今日硅

45、芯片以就有可能改变今日硅芯片以CMOSCMOS为基础的局面。为基础的局面。为基础的局面。为基础的局面。1 1 1 1、集成电路设计与制造主要流程框架、集成电路设计与制造主要流程框架、集成电路设计与制造主要流程框架、集成电路设计与制造主要流程框架1.3集成电路技术简介集成电路技术简介 1.3.11.3.1集成电路设计与制造主要流程框架集成电路设计与制造主要流程框架集成电路设计与制造主要流程框架集成电路设计与制造主要流程框架2 2、ICIC设计过程：设计创意设计过程：设计创意设计过程：设计创意设计过程：设计创意+仿真验证仿真验证仿真验证仿真验证功能要求功能要求功能要求功能要求综合、优化综合、优化综

46、合、优化综合、优化-网表网表网表网表行为设计（行为设计（行为设计（行为设计（VHDLVHDL）布局布线布局布线布局布线布局布线-版图版图版图版图SignoffSignoff行为仿真行为仿真行为仿真行为仿真时序仿真时序仿真时序仿真时序仿真后仿真后仿真后仿真后仿真图图图图1.3.2IC1.3.2IC设计过程设计过程设计过程设计过程3 3 3 3、集成电路设计方法、集成电路设计方法、集成电路设计方法、集成电路设计方法（1 1 1 1）全定制设计方法）全定制设计方法）全定制设计方法）全定制设计方法 适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设计。适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设

47、计。适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设计。适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设计。（2 2 2 2）半定制设计方法）半定制设计方法）半定制设计方法）半定制设计方法（i i i i）门阵列设计法）门阵列设计法）门阵列设计法）门阵列设计法 门门门门阵阵阵阵列列列列是是是是指指指指在在在在一一一一个个个个芯芯芯芯片片片片上上上上把把把把形形形形状状状状和和和和尺尺尺尺寸寸寸寸完完完完全全全全相相相相同同同同的的的的单单单单元元元元排排排排列列列列成成成成阵阵阵阵列列列列，每每每每个个个个单单单单元元元元内内内内部部部部含含含含有有有有若若若若干干干干器器器器件件件件，单

48、单单单元元元元之之之之间间间间留留留留有有有有纵纵纵纵向向向向尺尺尺尺寸固定的布线通道。寸固定的布线通道。寸固定的布线通道。寸固定的布线通道。（iiiiiiii）标准单元设计法）标准单元设计法）标准单元设计法）标准单元设计法 标标标标准准准准单单单单元元元元设设设设计计计计法法法法是是是是一一一一种种种种库库库库单单单单元元元元设设设设计计计计方方方方法法法法。该该该该方方方方法法法法的的的的特特特特点点点点是是是是各个单元版图具有同一高度，但宽度不等。各个单元版图具有同一高度，但宽度不等。各个单元版图具有同一高度，但宽度不等。各个单元版图具有同一高度，但宽度不等。（iiiiiiiiiiii）

49、可编程逻辑器件设计法）可编程逻辑器件设计法）可编程逻辑器件设计法）可编程逻辑器件设计法图图图图1.3.31.3.3一个标准单元版图布局一个标准单元版图布局一个标准单元版图布局一个标准单元版图布局图图图图1.3.41.3.4基于标准单元设计的版图规划图基于标准单元设计的版图规划图基于标准单元设计的版图规划图基于标准单元设计的版图规划图4 4、集成电路的无生产线设计与代工制造、集成电路的无生产线设计与代工制造、集成电路的无生产线设计与代工制造、集成电路的无生产线设计与代工制造 随随随随着着着着集集集集成成成成电电电电路路路路规规规规模模模模的的的的爆爆爆爆炸炸炸炸式式式式扩扩扩扩展展展展，模模模模

50、拟拟拟拟数数数数字字字字混混混混合合合合集集集集成成成成系系系系统统统统的的的的广广广广泛泛泛泛需需需需要要要要，知知知知识识识识密密密密集集集集型型型型的的的的芯芯芯芯片片片片设设设设计计计计变变变变得得得得比比比比技技技技术术术术密密密密集集集集型型型型的的的的芯芯芯芯片片片片制制制制造造造造重重重重要要要要起起起起来来来来。另另另另方方方方面面面面，集集集集成成成成电电电电路路路路生生生生产产产产的的的的高高高高利利利利润润润润前前前前景景景景引引引引发发发发了了了了众众众众多多多多生生生生产产产产线线线线在在在在世世世世界界界界各各各各地地地地的的的的建建建建造造造造。从从从从而而而而