•器件尺寸下降，芯片尺寸增加 •互连层数增加 •掩膜版数量增加 •工作电压下降
等比例缩小原则 Scaling down
器件的等比例缩小原则
Constant-field Scaling-down Principle
器件几何尺寸：Lg，Wg，tox，xj →×1/k
衬底掺杂浓度N
→×k
电压Vdd ⇒ 器件速度
❖Intel 公司第一代CPU—4004 1971
电路规模：2300个晶体管 生产工艺：10um 最快速度：108KHz
❖Intel 公司CPU—386TM
电路规模：275,000个晶体管 生产工艺：1.5um 最快速度：33MHz
❖Intel 公司最新一代CPU—Pentium® 4
电路规模：4千2百万个晶体管 生产工艺：0.13um 最快速度：2.4GHz
Year of introduction 1971 1972 1974 1978 1982 1985 1989 1993 1997 1999 2000
Transistors 2,250 2,500 5,000
29,000 120,000 275,000 1,180,000 3,100,000 7,500,000 24,000,000 42,000,000
集成电路器件与工艺
参考书目
半导体器件物理与工艺 施敏 苏州大学出版社 微电子材料与制程 陈力俊 复旦大学出版社 硅超大规模集成电路工艺技术--理论实践与模型 《硅集成电路工艺基础》 北京大学出版社 《芯片制造—半导体工艺制程实用教程》（第四版），
电子工业出版社 半导体技术天地 集成电路教育网
102-103
LSI (1971)
103-105
VLSI (1980)
105-107
特征线宽(um)
栅氧化层厚度 (nm)
结深(um)
芯片面积 (mm2)
被加工硅片直 径(mm)
10-5 120-100
2-1.2 <10 50-75
5-3 100-40 1.2-0.5 10-25 100-125
3-1 40-15 0.5-.02 25-50 150
双极-MOS(BiMOS)集成电路：是同时包括双极 和MOS晶体管的集成电路。综合了双极和MOS 器件两者的优点，但制作工艺复杂。
课程成绩
30%：平时成绩（作业、出勤、课上表现、 笔记:不定期抽查）
70%：期末考试 考试内容以上课ppt和作业为主
第一章 前言
1956年的诺贝尔物理学奖
第一个点接触式晶体管 1947 -- by Bell Lab J. Bardeen
W. Brattain
W. Shockley
1947年圣诞前夕，贝尔实验室的科学家肖 克利(William Shockley)和他的两助手布 拉顿(Water Brattain 、巴丁（John bardeen)在贝尔实验室工作时发明了世界 上第一个点接触型晶体管
摩尔定律（Moore’s Law)
硅集成电路二年（或二到三年）为一代，集成度翻两番，工艺 线宽约缩小30%，芯片面积约增1.5倍，IC工作速度提高1.5倍
DRAM
半导体电子：全球最大的工业
Explosive Growth of Computing Power
1st electronic computer ENIAC (1946)
点接触晶体管：基片是N型锗，发射 极和集电极是两根金属丝。这两根 金属丝尖端很细，靠得很近地压在 基片上。金属丝间的距离：
200~250μm
第一章 前言
杰克-基尔比
1958年时，集 成电路是如此 的粗糙！！
Ti 公司的Kilby 12个器件，Ge 晶体
第一章 前言
(Fairchild Semi.)
Si IC
第一个单片集成电路
简短回顾
➢Bardeen, Brattain, Shockley, 第一个锗双极晶体管1947, Bell Labs. Nobel prize ➢Atalla, 第一个Si基MOSFET , 1958, Bell Labs. ➢Kilby (TI) & Noyce (Fairchild),发明集成电路, Nobel prize ➢平面工艺, Jean Hoerni, 1960, Fairchild ➢第一个CMOS 电路, 1963, Fairchild ➢“Moore’s law” coined 1965, Fairchild ➢Dennard, 定标法则, 1974, IBM ➢First Si technology roadmap published 1994, USA
ITRS— International Technology Roadmap for Semiconductors http:/// ❖预言硅主导的IC技术蓝图
由欧洲电子器件制造协会（EECA）、欧洲半导体工业协会（ESIA）、日 本电子和信息技术工业协会（JEITA）、韩国半导体工业协会（KSIA）、 台湾半导体工业协会（TSIA）和半导体工业协会（SIA）合作完成。
1st computer(1832)
Vacuum Tuber
1st transistor 1947
Pentium IV
Macroelectronics Microelectronics Nanoelectronics
❖ IC在各个发展阶段的主要特征数据
发展 阶段
主要特征 元件数/芯片
MSI (1966)
→×1/k →×k
芯片密构类型 集成度 电路的功能 应用领域
按器件结构类型分类
双极集成电路：主要由双极型晶体管构成 NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路
金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由 MOS晶体管(单极型晶体管)构成 NMOS PMOS CMOS(互补MOS)
ULSI (1990)
107-108 <1
15-10
0.2-.01 50-100
>150
❖Intel 公司CPU芯片集成度的发展
Intel’s CPU 4004 8008 8080 8086 286 386™ processor 486™ DX processor Pentium® processor Pentium II processor Pentium III processor Pentium 4 processor