解析半导体工艺节点的演进寻找摩尔定律的曙光
作者:gogo体育网络平台 发布时间:2021-11-25 00:45
本文摘要:01摩尔定律下的工艺节点的构成1958年,美国德州仪器公司的工程师杰克·基尔比做成了世界上第一片集成电路,1962年,德州仪器公司竣工世界上第一条商业化集成电路生产线。此后,在市场需求的驱动下,集成电路发展沦为一个可观的产业,自小规模集成电路(SSI)到中规模集成电路(MSI)、再行到大规模集成电路(LSI),仍然到现在的超大规模集成电路(VLSI)。

gogo体育网络平台

01摩尔定律下的工艺节点的构成1958年,美国德州仪器公司的工程师杰克·基尔比做成了世界上第一片集成电路,1962年,德州仪器公司竣工世界上第一条商业化集成电路生产线。此后,在市场需求的驱动下,集成电路发展沦为一个可观的产业,自小规模集成电路(SSI)到中规模集成电路(MSI)、再行到大规模集成电路(LSI),仍然到现在的超大规模集成电路(VLSI)。集成度被看做是叙述集成电路工艺先进设备程度的一个最重要指标,一般来说用晶体管数目来回应集成度强弱,一个芯片里所含的晶体管数目就越多,芯片的功能也就就越强劲。因此,集成电路的规模体现了集成电路的先进设备程度。

集成度的提升,不仅意味著单个晶体管的尺寸增大了,同时也意味著使用了更为先进设备的生产工艺,因为晶体管尺寸与生产工艺之间具有紧密的联系。可以说道,集成电路技术的发展过程,就是把晶体管尺寸做到得更加小的过程。九十年代的大规模集成电路广泛使用的是微米级工艺,笔者在上世纪90年代初做到设计时就是使用5微米和3微米标准单元库,这也是那个年代的主流工艺(晶圆尺寸是3英寸和4英寸)。

二十多年过去了,现在早已发展到纳米级工艺了,中芯国际去年构建量产的28纳米工艺,相比3微米工艺,尺寸增大了100多倍。这些工艺演变的背后,是更加多金钱的投放。因为更加小的尺寸意味著对设计和生产设备以及芯片材料等都有更加严苛的拒绝,为了解决技术门槛,芯片企业每年必须投放数亿、数十亿美元的研发经费,知道有多少世界一流的科学家和工程师都参予了这一斥资极大的芯片微缩化工程。

那么5微米、3微米、以及90纳米、28纳米等等这些“节点”是怎样构成的呢?可以说道这是叙述摩尔定律进程的一个指标。摩尔定律说道,半导体芯片每一年半(后来改回两年),其集成度翻一番,并预示着性能的快速增长和成本的上升。怎样叙述这个集成度呢?这就有了工艺“节点”的众说纷纭。

即工艺节点数值就越小,密切相关芯片的集成度就越高。这些数值也被《国际半导体技术蓝图(ITRS)》用来区分半导体工艺的阶段(也称之为工艺代),或叙述芯片的先进性。这里有适当说明这些数值回应的是什么尺寸。

例如28nm工艺,这里的28nm是指晶体管栅极的大于线宽(栅长)。实际设计中除了栅极,其他的设计尺寸一般都小于工艺节点的尺寸,例如晶体管之间的金属连线宽度、有源区宽度等。▲图一与非门、或门的版图图一是个例子。在这个与非门和或非门的版图里,红的是衬底层,白的是多晶硅层,绿的是金属层。

这其中只有白的多晶硅栅极的大于线宽是可以超过28nm的,其他一切尺寸都是要小于28nm。明确各层线宽的最小值必须看该工艺的设计规则(DesignRull)。

gogo体育

为什么用栅极线宽而不是其他的线宽来密切相关工艺节点,这是因为栅极宽度一般是整个设计中最重要的参数。在CMOS电路中,MOS晶体管最主要的功能就是通过栅极掌控源漏之间的电流。这个电流不受很多因素影响,例如晶体管迁移率、绝缘层电容,还有各种效应等,这些都与半导体工艺有关,工艺以定了设计很难转变。一般情况下唯一可以设计的参数就是闸极宽长比,闸极宽长比就是晶体管栅极的长方形比(长沟器件可以必要近似于,较短沟器件要加修正项)。

也就是说在电压一样的情况下,栅极就越长,闸极就就越宽,源漏电流就就越小。所以在设计中,闸极越高,意味著晶体管的尺寸就越小,单位面积可以存放在的晶体管数量就越少,芯片集成度就越高;换一种众说纷纭是设计出来的芯片面积就就越小,芯片的价格就就越低廉。当然这是在只考虑到生产成本,不考虑到NRE费用的前提下。

▲图二NVIDIAGTX580(40nm工艺)与GTX680(28nm工艺)的对比从图二,我们看见GeforceGTX680虽然晶体管数目比GTX580多,但是芯片面积却只有后者的一半多一点,这就就是指40nm制程工艺演化到28nm的益处。有一个值得注意是DRAM电路,在DRAM存储单元中,该特征尺寸不是指栅长,而是指金属连线所容许的大于间距的一半。

总结来说,它叙述了该工艺代下加工尺寸的精确度。它并非一定指半导体器件中某一明确结构的特征尺寸,而是一类可以体现出有加工精度的尺寸的平均值。它最直观地体现出有:集成电路通过微电子生产工艺加工生产能超过更大的构建密度。


本文关键词:解析,半导体,工艺,节点,的,演进,寻找,摩尔,定,gogo体育网络平台

本文来源:gogo体育-www.5nlx.com

电话
0957-915468766