微电子概论（第3版）课件3-1-3平面工艺节点

目录1．集成度与集成电路规模的划分3.1.3集成度与工艺节点2．工艺节点的划分3．采用不同晶圆尺寸的生产线1．集成度与集成电路规模的划分集成度指单片集成电路芯片中包含的晶体管数目。集成电路发展早期，按照集成度描述的集成电路规模表征集成电路的发展水平。例如MOS数字集成电路按照集成度划分为6个规模等级：

SSI

（SmallScaleIntegration）：小规模集成电路

MSI(MediumScaleIntegration)：中规模集成电路

LSI

(LargeScaleIntegration)：大规模集成电路

VLSI

(VeryLargeScaleIntegration)：超大规模集成电路

ULSI(UltraLargeScaleIntegration)：特大规模集成电路

GSI（GiganticScaleIntegration）：巨大规模集成电路。(1)电路规模等级的划分1．集成度与集成电路规模的划分(2)MOS数字集成电路的划分MOS数字IC规模等级的划分LSI的典型产品是1kRAM64kRAM则是VLSI的典型代表。随着集成度越来越高，目前已不再强调规模等级，而是直接描述集成电路产品的集成度。(1)表征工艺水平的工艺节点2．工艺节点的划分按照摩尔定律预测，集成电路发展的基本规律是每18个月左右集成度翻一番，即单个芯片中包含的器件数随时间而指数增加。为了使得芯片面积不要指数增加，希望单个晶体管的面积能够指数减小。工艺技术，特别是以“光刻”和“刻蚀”为代表的微细加工技术的发展，是实现这一目标的根本技术保证。为此，按照“光刻”和“刻蚀”能够实现的最细线条和最小间距为定量参数，划分工艺节点，表征工艺水平的高低(2)划分工艺节点依据的参数2．工艺节点的划分为了正确理解划分工艺节点依据的参数，必须区分“特征尺寸(CD：CriticalDimension）”和“节距（pitch）”这两个名词的差别和联系。特征尺寸CD是指能够刻蚀的最细线条通过光刻/刻蚀工艺形成的一组均匀排列的线条中，相邻两根线条中心线之间的间距称为节距pitch。一组均匀排列的线条中，节距也就是一根线条与一条间距之和。(2)划分工艺节点依据的参数2．工艺节点的划分如果能够刻蚀的最细线条宽度与最小间距相同，则最细线条宽度与特征尺寸相同。最小沟道长度是最窄线条的标志。1990s年代，最短沟道长度基本与半节距相同，都是几百纳米。(2)划分工艺节点依据的参数2．工艺节点的划分随着线条更细，受到工艺的限制，不能保证制备出与最细线条宽度相同的最小间距，而是最小间距大于最细条宽。为了综合表征最细线条和最小间距情况，规定以能够刻蚀的最细“节距”的一半作为代表工艺水平的工艺节点标志。这样CD值将小于表征工艺节点的半节距值。(2)划分工艺节点依据的参数2．工艺节点的划分进入2000s年代，工艺技术水平发展到深亚微米阶段，特征尺寸开始明显小于半节距，也就是说最短沟道长度明显小于表征工艺水平的工艺节点值。例如，2004年工艺节点发展到90nm阶段，最短沟道长度可以短到45nm。2007年工艺节点发展到45nm阶段，最短沟道长度可以短到32nm。2．工艺节点的划分表征工艺水平发展变化的“工艺节点”(3)工艺节点划分方法2．工艺节点的划分目前按照线条缩小使得芯片面积减小一半的要求作为划分“工艺节点”的标志，表征工艺技术的进步如果条宽缩小为原来的0.707倍，则芯片面积减小一半，就可以保证集成度虽然翻番而芯片面积则基本不变。从2004年进入90nm深亚微米阶段以后，经历65nm、45nm、32nm、22nm、14nm、10nm、7nm、5

nm，目前已进入3nm工艺节点阶段。(3)工艺节点划分方法2．工艺节点的划分实例：5种不同工艺节点下6管SRAM中单元面积的变化3．采用不同晶圆尺寸的生产线按照工艺节点描述的工艺技术基本，保证了集成度持续指数增加。晶圆尺寸不断增大则导致单片晶圆