集成电路设计与制造的桥梁

集成电路的设计决定了内容，而制造则具体负责实现。他们之间的桥梁就是计算机的仿真技术。仿真技术有三个层次（见图3-1）。

工艺模拟和器件模拟的作用包括以下几个方面。

1.工艺模拟

（1）单部的工艺模拟：用于工艺的优化，工艺条件的选择，工艺条件的敏感性，及其用于良率的提高。

图3-1　计算机仿真技术三个层次

（2）用于器件模拟：根据工艺条件，模拟出真实的结构参数，和掺杂浓度的分布，从而为之后的器件模拟提供真实的输入参量。

2.器件模拟

（1）单个器件模拟：对单个的器件进行电学参数的表征模拟，有助于进一步理解它的物理效能，及其半导体器件的可靠性进行研究。

（2）用于电路的模拟：提供正确的晶体管电学参量，预估搭建电路的电学参数，对电路的性能进行评价。

对于过程验证来说，可以通过它单独判断电路的敏感程度等。它对于后面的器件仿真则提供了一个真实的仿真结构，而器件仿真也会提供更精确的数据以供电路仿真使用。图3-2为仿真验证循环的过程。(www.xing528.com)

图3-2　仿真验证循环过程

好的集成电路的设计会给集成电路的制造带来极大的便利以及利润，而集成电路制造业的兴起也会反过来带动集成电路技术的发展。

在设计芯片之前，要判断现有的工艺是否可以满足设计需求，如果判断现有的工艺能够满足设计要求，就基于该工艺设计规则的约束完成设计；如果判断现有的工艺不能体现设计的最优化结果，则需要开发新一代或者更加精细的工艺和器件制造技术。目前主流的制造工艺有：单片集成电路工艺和薄膜集成电路工艺。

单片集成电路工艺是利用研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等一整套平面工艺技术，在一小块硅单晶片上同时制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件，并且采用一定的隔离技术使各元件在电性能上互相隔离。然后在硅片表面蒸发铝层并用光刻技术刻蚀成互连图形，使元件按需要互联成完整电路，制成半导体单片集成电路。随着单片集成电路从小、中规模发展到大规模、超大规模集成电路，平面工艺技术也随之得到发展。例如，扩散掺杂改用离子注入掺杂工艺；紫外光常规光刻发展到一整套微细加工技术，如采用电子束曝光制版、等离子刻蚀、反应离子铣等；外延生长又采用超高真空分子束外延技术；采用化学气相淀积工艺制造多晶硅、二氧化硅和表面钝化薄膜；互连细线除采用铝或金以外，还采用了化学气相淀积掺杂多晶硅薄膜和贵金属硅化物薄膜，以及多层互连结构等工艺。

薄膜集成电路工艺中，整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及其间的互连线，全部用厚度在1μm以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发工艺、溅射工艺和电镀等工艺重叠构成。用这种工艺制成的集成电路称薄膜集成电路。

虽然这些技术满足目前的市场需求已经足矣，但是接下来人们还要追求性能更佳的电路设计，这个时候也许就需要新的制造工艺来满足设计的需求。而新技术则需要进行与设计程序相似的流程，也是自顶向下的过程，但是门级电路的设计基本不用改变，而只是改变晶体管级及物理级的一些工艺（见图3-3）。

图3-3　门电路

笔者相信在不久的将来，集成电路的设计会与集成电路的制造相互促进，使人们的生活品质进一步提高。