原创 集成电路的制造工艺和EMC

我们来谈一谈半导体集成电路。

通常，大规模集成电路和集成电路也被称为“LSI(Large Scale Integrated Circuits)”和“IC(Integrated Circuits)”。根据电路规模，在名称上会有这样的不同，但并没有严格的区分。很早以前大多称为“IC”。

正如您所知道的，一个晶体管只能执行简单的工作，但是通过将多个晶体管制作在同一个硅衬底上，则可以实现复杂的功能和高精度的电路工作。半导体集成电路（LSI、IC）的电路设计者的主要工作是通过晶体管的组合来打造出色的电路。

ROHM量产中的主要产品群包括3,480种电源管理和电源IC、652种存储器、396种线性放大器、259种电机驱动器和执行器驱动器、133种音频IC和视频IC等共5115种产品。其中也包括很多种晶体管和二极管。随着从传统的定制产品向通用产品的转变，半导体集成电路（LSI、IC）的产品体系也越来越丰富。

大约在30年前，也就是我刚加入ROHM公司的年代，双极器件和CMOS器件的最小布线宽度或栅极长度是10µm(10×10-6m)，而如今，最近有新闻称国外已经开始着手开发2nm(2×10-9m)的CMOS器件了（预计2022年完成）。与30多年前相比，如今的最小加工尺寸已经发展到1/5,000，可见微细化发展程度之大。这是一个令人惊叹的数字，这意味着最小栅极长度仅为几个原子大小的CMOS器件的制造与量产将成为可能。真的很棒！其实，对于这种微细化的发展趋势，是有一个著名的定律的，即美国英特尔公司提出的“摩尔定律”。其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过1.5年～2年便会增加一倍。英特尔的中央处理器（CPU）也是基于该定律制造的。

另外，在IEEE国际器件与系统路线图IRDS（IEEE International Roadmap for Devices and Systems）中，也详细预测了未来的制造工艺发展趋势。感兴趣的可以上网搜索一下，很有意思（https://irds.ieee.org/）！如果半导体集成电路（LSI、IC）的元器件尺寸越来越小，那么在同一尺寸的芯片上将可以集成更多的晶体管，从而可以实现更高的性能。另外，虽然半导体元器件的耐压将会变低，但工作电压也会随之变低，从而可以延长电池的驱动时间。此外，由于半导体元器件的寄生电容减小，因此工作速度会更高，性能也会更高。

现在让我们来看看“电磁兼容性（EMC）”和微细化之间的关系吧！对于自身发出电磁噪声的“电磁干扰（EMI）”来说，随着微细化的发展，工作电压会越来越低，低频电磁噪声随之减少，工作频率由于寄生电容的减小而提高，从而呈现高频噪声增加的趋势。而对于由外部电磁噪声导致误动作的情况——“电磁敏感性（EMS）”来说，同样，随着微细化的发展，工作电压也会越来越低，导致噪声容限（noise margin）变小，因此反应更灵敏，更容易发生误动作（这点很重要！）。也就是说，并不是最新的制造工艺都是好的，从电磁兼容性（EMC）角度讲，在很多情况下，用稍旧的制造工艺量产的半导体集成电路（LSI、IC）反而更好。