EDA竞赛培训提纲许军ppt课件

1、EDAEDA竞赛培训提纲竞赛培训提纲新器件与工艺部新器件与工艺部分分第一部分：集成电路制造工艺流程第一部分：集成电路制造工艺流程第二部分：新型器件构造与制造技术第二部分：新型器件构造与制造技术第三部分：新资料、新构造和新原理在第三部分：新资料、新构造和新原理在 小尺寸器件中的运用简介小尺寸器件中的运用简介 第一部分：集成电路制造工艺流程第一部分：集成电路制造工艺流程1. 1. 典型的双极型集成电路工艺流程简介；典型的双极型集成电路工艺流程简介；2. CMOS2. CMOS集成电路工艺流程简介；集成电路工艺流程简介；3. 3. 双极型与双极型与CMOSCMOS相兼容的集成电路工艺流程相兼容的集成

2、电路工艺流程BiCMOSBiCMOS简介；简介； 4. 4. 集成电路幅员设计中需求引起留意的假设集成电路幅员设计中需求引起留意的假设干问题干问题 双极型集成电路工艺流程简介双极型集成电路工艺流程简介 两种常用的两种常用的器件隔离方器件隔离方式：式： PNPN结隔离与结隔离与介质隔离介质隔离典型的双极型集成电路工艺流程简介典型的双极型集成电路工艺流程简介CMOSCMOS集成电路工艺流程简介集成电路工艺流程简介三种常见的三种常见的CMOSCMOS构造构造CMOSCMOS集成电路工艺流程简介集成电路工艺流程简介E/D-NMOS工艺流程表示图 双极型与CMOS相兼容的集成电路工艺流程BiCMOS简介

3、Si-BiCMOS，SiGe-BiCMOS集成电路幅员设计中需求引起留意集成电路幅员设计中需求引起留意的假设干问题的假设干问题抑制抑制Latch-upLatch-up效应问题、输入效应问题、输入/ /输出的输出的ESDESD防护问题、天线效应问防护问题、天线效应问题等题等第二部分：新型器件构造与制造技术第二部分：新型器件构造与制造技术超高速与微波运用领域中的超高速与微波运用领域中的GaAsGaAs器件构造器件构造与工艺技术；与工艺技术；2. 2. 超高速与抗辐射运用领域中的超高速与抗辐射运用领域中的SOISOI器件器件构造与工艺技术；构造与工艺技术；3. 3. 适用于超深亚微米适用于超深亚微米

4、CMOSCMOS集成电路的集成电路的FinFETFinFET器件构造与工艺技术；器件构造与工艺技术；4. 4. 适用于极低功耗适用于极低功耗CMOSCMOS集成电路的动态集成电路的动态阈值阈值DTMOSDTMOS器件构造与工艺技术器件构造与工艺技术 超高速与微波运用领域中的超高速与微波运用领域中的GaAsGaAs器件构造与工艺技术器件构造与工艺技术四种常用的超高速四种常用的超高速GaAsGaAs电路构造电路构造 肖特基二极管场效应晶体管逻辑Schottky Diode FET Logic，其中第一级采用二极管实现逻辑“或和电平挪动的功能，第二级实现反相功能。直接耦合场效应直接耦合场效应晶体管逻

5、辑晶体管逻辑Direct-Direct-Coupled FET Coupled FET LogicLogic，图中，图中所示为一个具所示为一个具有两个输入端有两个输入端的或非门电路。的或非门电路。源极耦合场效应晶源极耦合场效应晶体管逻辑体管逻辑SourceSourceCoupled FET Coupled FET LogicLogic超高速与抗辐射运用领域中的超高速与抗辐射运用领域中的SOISOI器器件构造与工艺技术件构造与工艺技术 厚膜SOI器件与薄膜SOI器件：部分耗尽SOI器件与全耗尽SOI器件适用于超深亚微米适用于超深亚微米CMOSCMOS集成电路的集成电路的FinFETFinFET器

6、件构造与工艺技术；器件构造与工艺技术； 适用于极低功耗适用于极低功耗CMOSCMOS集成电路的动态阈集成电路的动态阈值值DTMOSDTMOS器件构造与工艺技术器件构造与工艺技术第三部分：新资料、新构造和新原理第三部分：新资料、新构造和新原理在小尺寸器件中的运用简介在小尺寸器件中的运用简介 高迁移率应变硅资料在高迁移率应变硅资料在MOSMOS器件中的运用；器件中的运用；2. 2. 高高K K栅介质资料在栅介质资料在MOSMOS器件中的运用；器件中的运用； 3. 3. 金属栅资料在金属栅资料在MOSMOS器件中的运用；器件中的运用；4. EEPROM4. EEPROM及及FlashFlash器件构

7、造；器件构造；5. Neuron-MOS5. Neuron-MOS器件原理简介；器件原理简介； 6. SiGe/Si-HBT6. SiGe/Si-HBT异质结微波器件异质结微波器件 EEPROMEEPROME2PROME2PROM，电可擦可编程只读存储器，电可擦可编程只读存储器，Electrically Erasable Programmable Read Only Electrically Erasable Programmable Read Only MemoryMemory1 1器件根本构造：采用双层多晶硅栅构造，其中器件根本构造：采用双层多晶硅栅构造，其中下层多晶硅为浮栅，而上层多晶硅

8、那么为控制栅，下层多晶硅为浮栅，而上层多晶硅那么为控制栅，经过电容耦协作用，将控制栅的外加电压耦合到浮经过电容耦协作用，将控制栅的外加电压耦合到浮栅上。栅上。 2 2任务原理分析：任务原理分析：编程机制：如下图，当在控制栅和漏端同时加高电压，编程机制：如下图，当在控制栅和漏端同时加高电压，而源极接地，那么源区的电子将在沟道区横向电场的而源极接地，那么源区的电子将在沟道区横向电场的作用下向漏区加速运动，并获得较大的动能，从而成作用下向漏区加速运动，并获得较大的动能，从而成为热电子，其中部分热电子侥幸电子将在栅极纵为热电子，其中部分热电子侥幸电子将在栅极纵向电场的作用下越过硅二氧化硅势垒到达浮栅，

9、构向电场的作用下越过硅二氧化硅势垒到达浮栅，构成热电子注入电流。电子注入到浮栅之后，正常情况成热电子注入电流。电子注入到浮栅之后，正常情况下无法流出，因此就停留在浮栅上，这样就使得器件下无法流出，因此就停留在浮栅上，这样就使得器件的开启电压提高，相当于写入信息的开启电压提高，相当于写入信息“1 1；擦除机制：当把控制栅接地，而在漏端加高电压时，擦除机制：当把控制栅接地，而在漏端加高电压时，那么可以使浮栅上的电子经过隧道穿透效应释放到漏那么可以使浮栅上的电子经过隧道穿透效应释放到漏区，从而使器件的开启电压恢复到原来较低的数值，区，从而使器件的开启电压恢复到原来较低的数值，相当于把存储单元中的内容

10、擦除为相当于把存储单元中的内容擦除为“0 0；这种构造通常需求在器件的漏端制造出专门的隧道氧这种构造通常需求在器件的漏端制造出专门的隧道氧化层，工艺上比较复杂。化层，工艺上比较复杂。 -MOS-MOSNeuron-MOSNeuron-MOS简介简介1 1器件根本构造：器件根本构造： -MOS-MOS的根本构造如的根本构造如下图，这是一个下图，这是一个N N沟道沟道的的MOSMOS晶体管，栅极晶体管，栅极在电学意义上处于浮在电学意义上处于浮空形状，称为空形状，称为“浮栅浮栅。n n个输入栅与浮栅个输入栅与浮栅经过电容耦合。各个经过电容耦合。各个电压和电容的定义亦电压和电容的定义亦如图中所示，图中

11、同如图中所示，图中同时给出了该器件的电时给出了该器件的电路符号表征。路符号表征。 图中，图中，FF是浮栅电势，是浮栅电势，V1V1、V2V2、VnVn是输入信号电压，是输入信号电压，C1C1、C2C2、CnCn是各个输入栅与浮栅之间的电容，是各个输入栅与浮栅之间的电容，C0C0是是浮栅和衬底之间的电容，浮栅和衬底之间的电容，Q0Q0、Q1Q1、Q2Q2、QnQn是在各个是在各个电容上储存的电量。电容上储存的电量。2 2任务原理分析：设任务原理分析：设QFQF等于浮栅上的净电荷量，那等于浮栅上的净电荷量，那么么假设浮栅在任务中没有电荷注入，那么假设浮栅在任务中没有电荷注入，那么QFQF等于浮栅上

12、的等于浮栅上的初始电荷量，在大多数情况下，为了简单，我们假设初始电荷量，在大多数情况下，为了简单，我们假设初始电荷为初始电荷为0 0。这样的假设并不妨碍后面的普遍性分。这样的假设并不妨碍后面的普遍性分析。衬底和源接地，即析。衬底和源接地，即VsVsV0V00 0，一切的信号电压，一切的信号电压都相对于地，那么上式进一步简化为都相对于地，那么上式进一步简化为01000()()nnnnFiiFiFiiiiiiiQQQCVCCV1122nnFTOTC VC VC VC 上式中，从上式中可以看出F是一切输入信号电压的加权求和，各个信号的权重由各自的耦合电容决议。求和过程是一种电压任务方式，除了充放电电

13、流之外没有其它电流，因此功耗很低，这个特点在实现高密度集成时非常关键。这里我们引入一个参数浮栅增益因子，它的定义是 VDD表示当一切的输入栅为VDD时，浮栅得到的最大电压。 0nTOTiiCC120nTOTTOTTOTCCCCCCC3 3-MOS-MOS的根本运用的根本运用可变阈值电压晶体管：可变阈值电压晶体管：设设VTHVTH* *是从是从-MOS-MOS晶体管浮栅上看到的阈值电压，当晶体管浮栅上看到的阈值电压，当F VTHF VTH* *时，该时，该-MOS-MOS晶体管开启，即：晶体管开启，即：将上式改写成左边为将上式改写成左边为V1V1的式子：的式子： 1122*nnTHTOTC VC

14、 VC VVC23*1231111TOTnnTHCCCCVVVVVCCCC假设我们把具有假设我们把具有n n个输入栅的个输入栅的-MOS-MOS晶体管看成是只晶体管看成是只需一个输入栅的需一个输入栅的MOSFETMOSFET，例如其中第一个栅是真正，例如其中第一个栅是真正的外部输入栅，而其他栅那么用于控制该的外部输入栅，而其他栅那么用于控制该MOSFETMOSFET的的阈值电压，那么从第一个栅看到的该阈值电压，那么从第一个栅看到的该MOSFETMOSFET的阈值的阈值电压是电压是很明显，很明显，VTH(1)VTH(1)是控制信号电压是控制信号电压V2V2、V3V3、VnVn的函数。的函数。 2

15、3(1)*231111TOTnnTHTHCCCCVVVVVCCCC单管D/A转换器 由一个具有n个输入栅的n沟道-MOS晶体管和一个电阻R组成的源极跟随器如右图所示，假设电阻R远大于-MOS晶体管导通时的电阻，那么 *OUTFTHVV假设阈值电压假设阈值电压V V* *TH=0TH=0，那么，那么VOUT=FVOUT=F。这个电路的一个。这个电路的一个最大的用途是实现单管最大的用途是实现单管D/AD/A转换器。将转换器。将-MOS-MOS的耦合的耦合电容设计成电容设计成Ci2iCi2i1 1i i1, 2, 3, n1, 2, 3, n。那么。那么输出电压为输出电压为其中其中是浮栅增益因子，是

16、浮栅增益因子，X1X1、X2X2、XnXn是二值数字信号，是二值数字信号，ViViXiVDDXiVDD，XiXi0 0或或1 1。输出电压与一个由。输出电压与一个由n n位二值数位二值数字信号的输入表示的模拟电压成比例。这样，一个字信号的输入表示的模拟电压成比例。这样，一个D/AD/A转换器就可以非常简单地构造出来。转换器就可以非常简单地构造出来。另外，利用另外，利用-MOS-MOS构造还可以很方便地实现线性电阻、构造还可以很方便地实现线性电阻、-MOS-MOS神经元电路构造、柔性逻辑电路等新型电路构神经元电路构造、柔性逻辑电路等新型电路构造。造。 112(22)21nDDOUTnnVVXXX复习思索题1.1.图示为一个硅图示为一个硅E