大规模集成电路(LSI)

大规模集成电路(LSI)

     大规模集成电路（LSI）于1970年出现，在一块硅片上包含103-105个元件或100-10000个逻辑门。如 ：半导体存储器，某些计算机外设。628512，628128（128K）最大容量1G。
    
     1.LSI工艺技术的发展
    
     对LSI工艺技术的总要求是超微细化、超高密度化和硅圆化的大直径化。目的在于提高LSI的性能和降低成本。
    
     用于制作LSI芯片的硅圆片，现在直径已达到300mm。预计再过10年，直径可能会超过400mm。自然，这对硅单晶的制备技术，乃至对整个微电子工艺及其设备，都提出了更高、更苛刻的要求。
    
     就反映集成电路技术水平的DRAM（动态随存取存储器）而言，现在已经能够批量生产0.18μm、256Mbit的DRAM，用这种IC几乎可以把整套大百科全书的内容存放到一个芯片中去；预计再过5年，将会研制出0.1μm、16Gbit的DRAM，其中每个芯片所含元件的数目将超过10亿个，而存储容量将约为四个人脑的总和。
    
     要制作出集成度高的LSI，首当其冲的是要解决超微细图形的曝光技术。目前主要是彩光学的缩小投影式曝光。现在已经开发出了一些新型的所谓超分辨率的曝光技术。例如离轴照明技术（0AI）和移相掩模技术（PSM）。
    
     但是，若要进一步加工出0.1μm的线条，那就必须寻求全新的曝光技术。现在引人瞩目、并正在积极研究和试用的技术是x射线曝光和电子束曝光技术。
    
     在图形曝光之后，接下来的是腐蚀工作。现在常用的是等离子体气相腐蚀技术。
    
     在IC技术中，等离子体工艺也常常用于淀积氮化硅（Si3N4）和氧化硅（SiO2）等薄膜。
    
     2.超高速LSI技术的发展
    
     现在很多高科技中都需要快速处理信息，而在希望各种机器设备都具有一定的智能时更是如此，这就要求LSI的工作速度不断提高。
    
     众所周知，现在微处理器中使用的时钟频率最高为数百MHz，近年即将达到1GHz。今后是否可以继续不断地提高时钟频率呢？这个问题关系到LSI的结构和器件性能等。
    
     除了衬底结构对LSI的工作速度有所限制以外，其中所含各个MOS晶体管的驱动能力也会影响到工作速度。
    
     3.LSI多层布线技术的发展
    
     由于高速处理信息的需求，晶体管的尺寸越来越小，IC的集成度也越来越高，从而每个芯片表面上的金属连线-布线，几乎占满了整个表面，而且为了不增加引线的电阻，每条连线的宽度还不可太窄。因此，对VLSI和ULSI来说，往往仅在芯片的表面上来布线已不可行，这就发展出来了所谓多层布线技术。
    
     目前所实现的多层布线已达到4-5层，总长度达到数百米。预计10年后，随着IC的进一步发展，将达到8层布线，总长度达数千米。
    
     对多层布线的LSI，还存在有一个散热问题。
    
     4.系统LSI技术的发展
    
     随着多媒体机器和个人电脑的普及，自然对LSI就提出了如下的要求：把不同性质的器件和电路都做到同一个芯片上去而构成一个系统，这就是系统LSI，或者称为系统集成芯片（SOC）。对于SOC，主要是从三个方面来考虑集成：一是以MPU（微处理器）为核，再集成存储器、控制电路等；二是以DSP（数字信号处理器）为核，再集成相关的电路；三是从功能和性能要求出发，设计、制作专用的系统标准产品（ASSP）。现在，实际的系统LSI往往是采用把逻辑电路、存储器和模拟电路等一起制作在同一个芯片上的技术，即所谓混载技术。
    
     在系统LSI中，由于集成规模的增大和一些特殊效应的出现，就对设计、制造工艺和封装技术等提出了更高的要求。此外，系统LSI的实现，还必须借助于复杂的计算机辅助设计（CAD）技术和优良而精密的封装技术。
    
     （1）CAD技术
    
     LSI一直是伴随着CAD技术的进步而发展起来的。开始只是用CAD来进行布线设计，然后逐渐发展到进行逻辑设计、系统设计和技术层次上的设计。现在，已经确立了效率高而又可靠的所谓自上而下（正向）的设计方法，即是从系统的总体要求出发，自上而下地逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的总体设计。
    
     （2）混载芯片技术
    
     （a）DRAM混载芯片
    
     （b）不挥发性存储器混载芯片
    
     （c）模拟-数字混载芯片
    
     （3）多芯片封装技术
    
     系统LSI的出现，促进了多媒体等设备的小型化、薄型化和轻量化。
    
     目前系统LSI尚很难完全满足多媒体等设备的低成本、短生产周期的要求。从而，把多个LSI进行三维封装而构成系统级的LSI也就显得很重要了。
    
     目前正在发展中的多芯片封装模块（MCM）技术，主要包括芯片叠层封装（CSP）和载带封装（TCP）。多芯片封装技术在3年前就已经达到了如下的水平：芯片面积为200平方毫米，有78层，层间共有300多万个通孔，互连线总长度为1400m，共1800个脚，功耗200W。
    
     可以想见，如果把系统LSI技术和三维封装技术及微机械系统（MMS）技术结合起来，就可以构成一个理想的微型电子机械系统（MEMS）。