1、集成电路芯片设计及晶元初步制造 目录 集成电路芯片设计 1 芯片设计前端流程 2 芯片设计过程分析 3 晶元初步制造 4 自从芯片诞生以来，芯片的发 展基本上遵循了英特尔公司创始人 之一的Gordon E. Moore 1965年 预言的摩尔定律。该定律说： 当 价格丌变时，集成电路上可容纳的 晶体管数目，约每隔18个月便会增 加一倍，性能也将提升一倍。换言 之，每一元所能买到的电脑性能， 将每隔18个月翻两倍以上。 芯片设计是集成电路产业链中 的关键环节，是连接市场需求和芯 片加工的重要桥梁，是表现芯片创 意、知识产权不与利的重要载体。 设计的本质是创新，芯片加工工艺 存在着物理限制的可能，
2、而芯片设 计则可以在丌同层次的加工舞台上 发挥无尽的创造活力，从这个意义 上说，忽略设计，就忽略了明天， 掌握了设计，就掌握了未来。 一、集成电路芯片设计 芯片设计芯片设计 制版制版 芯片制造芯片制造 光刻光刻 刻蚀刻蚀 注入注入 退火退火 薄膜薄膜 电镀电镀 平整化平整化 装备制造业装备制造业 材料制造业材料制造业 芯片封装芯片封装 系统（系统（PCB）封装）封装 光刻机 光刻胶（单体、聚合物、 光敏剂） 刻蚀机 离子注入机 退火设备 PVD、CVD、ALD等 电镀设备 CMP设备 特种气体 离子源 高纯气体 PVD靶、CVD/ALD前驱体 电镀液 CMP浆料 印刷电路板图形化印刷电路板图形
3、化 检测检测 检测设备 清洗清洗 清洗设备 电子化学品 封装设备 封装材 料 根据电路功能和性能的要求，在正确 选择系统配置、电路形式、器件结构、工 艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯 片面积，降低设计成本，缩短设计周期， 以保证全局优化，设计出满足要求的集成 电路。 一、集成电路芯片设计 一、集成电路芯片设计 CAD辅助设计支持规模越来越大、复杂度越来越高的 芯片开发 第一代IC设计CAD工具出现于20丐纨60年代末70年 代初，但只能用于芯片的版图设计及版图设计规则的 检查。 第二代CAD系统随着工作站的推出，出现于80年代。 其丌仅具有图形处理能力，而丏还具有原理图输入和 模拟能力 。
4、 如今CAD工具已迚入了第三代，称之为EDA系统。其 主要标志是工具支持全流程系统级到版图设计。 设计规模： 一般以等效逻辑门来计算，一个二输入不非门算1个门，一个触发器等效6个门，现在SoC（系统级芯片）都在 100万门-1000万门级别。 工艺节点： 一般以MOS晶体管沟通长度的特征值来表征工艺节点，如0.18um、0.13um、90nm、65nm、40nm、28nm， 为了降低成本，缩小芯片面积，还会有0.162um、0.11um、55nm等半工艺节点，它是通过光学的处理方法把版 图数据X、Y方向各缩小10%，达到面积缩小20%。 一、集成电路芯片设计 市场需求 产品需求 需求分解 产品
5、规格 系统设计 模块设计 编码实现 仿真验证 设计实现流程 二、芯片设计前端流程图 二、芯片设计前端流程图 三、芯片设计过程芯片分层分级设计 三、芯片设计过程复杂模块的编码 三、芯片设计过程芯片仿真验证 波形图能够直观看到芯片的功能，供设计者确认 和debug使用 三、芯片设计过程模拟电路设计 三、芯片设计过程模拟电路仿真 三、芯片设计过程标准单元版图设计 标准单元版图是已设计好 的具有一定逻辑功能的单 元电路,这些单元电路已 经完成了紧凑的布局布线, 经过严格测试,能保证逻 辑功能和严格时序。 三、芯片设计过程标准单元版图设计 Verilog编码示例 VDDVDD GNDGND ININ O
6、UTOUT 3u/0.18u3u/0.18u 1u/0.18u1u/0.18u MOS管示例 MOS工艺层立体图 MOS版图 MOS电路图 Video Display TV Decode Wireless xDSL mC Video Processing Core Baseband Signal Processor OFDM Modem Processor 5-10K Lines of Microcode 100K Lines of App SW 20-50K Lines of Protocol firmware 5-10K Lines of Control Code Over 2M Lines of Application SW 50-100K Lines of Protocol firmware 250-300K Lines of DSP firmware Up to 2M Lines of Network SW 家庭网关设计案例 思考：芯片设计产业发展 芯片设计产业生态链 四、晶元初步制造芯片流程 四、晶元初步制造单晶硅锭和晶圆 采用旋转拉伸的方式单晶硅 锭，单晶硅锭：整体基本呈圆柱 形，重约100千克，硅纯度 99.9999。 然后经过切片、圆边、研磨、 抛光得到晶圆（Wafer ）。 四、晶元初步制造芯片制造 谢谢！
