1.3 集成电路元件的分类

1.3.1 IC的功能及类型

矿石收音机时代就已使用的二极管、三极管、电阻、电容等分立元件至今仍在生产、出售、使用。IC中更是大量存在具有相同功能的元件，为与通常的分立元件相区别，称前者为“半导体元件”。

这些半导体元件，一般可以分成两大类：第一大类为有源元件(又称为能动元件、主动元件，这种称谓更科学)，指在IC中具有使电气信号放大、变换等积极功能的元件，例如三极管、二极管等；第二大类为无源元件(又称为受动元件、被动元件，这种称谓更科学)，指在IC芯片中起受动作用的元件，例如电阻、电容等。

这些半导体元件在IC中成千上万，数量很多，为对集成电路有初步了解，应该从以下几个方面考虑：①功能方面：该集成电路有哪些功能，起什么作用；②性能方面：运行速度、工作电压、功耗各是多少；③集成度方面：IC中含有多少(数量级)半导体元件；④集成密度方面：半导体元件在芯片上挤得有多满，或说单位面积上装有多少半导体元件；⑤技术方面：为实现上述要求，采用了哪些技术。

首先，存储器IC的功能是存储记忆各种各样信息。其次，CPU是指相当于计算机大脑的中央处理器。CPU又分为MPU（Microprocessor Unit）、MCU（Micro Controller Unit）以及处理器周边IC。MPU是在CPU部分仅装入一个LSI芯片构成的。MCU比MPU做得更加紧凑，多用于家电等产品。AS-IC（Application Specific Integrated Circuit）区别于CPU更多为定制的，分为用户定制型和特殊用途型。其中的用户定制型又分为全用户定制型以及半用户定制型，半用户定制型分为门阵列型（GA）、标准单元阵列型。而特殊用户定制型有数字式音频应用型、图像处理应用型以及其他的应用。最后是系统LSI，是指仅在一个芯片上同时装入多个前面所介绍的通用IC以及LSI，以实现多种不同的系统功能，因此也可以称为SoC（System on Chip），即单芯片系统。

1.3.2 RAM和ROM

存储器的功能是存储或记忆各种各样的“信息”。

存储器按功能可分为易失性存储器(随机存储器）和不易失性存储器（只读存储器）两大类：前者切断电源则已存储的信息全部失掉；而后者即使切断电源已存储的信息也继续保持。

易失性存储器称为RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)，这种存储器可以随时写入或者随时读出新的信息。在RAM中又有DRAM和SRAM之分。

在DRAM(Dynamic RAM：动态随机存取存储器)中存储的信息，即使电源不切断，经过一定的时间，记忆内容也会失掉。为此，在DRAM中，每经过一定的时间需要重复进行“再存入”(修复动作)操作。

与此相对，对于SRAM(Static RAM：静态随机存取存储器)来说，只要电源不切断，记忆就继续保持。没有必要像DRAM那样进行“再存入”操作，因此使用方便，速度也快。

无论是DRAM还是SRAM，都属于易失性存储器，电源一旦切断，记忆的内容就会失掉。与此相对，即使电源切断，内容仍能保持的非易失性存储器为ROM。通常，单提到ROM，是指“掩模ROM”，其记忆的内容在IC制作时即已存入，以后不能更改，故只能进行“读出动作”，为只读性存储器。

与此相对，EPROM在IC制造时处于“白纸”状态，必要的信息可以在以后记入。而且，经紫外线照射可消除记入的信息，但与DRAM相比要慢得多，消除时全部信息同时失掉。

EEPROM也属于ROM，其中信息可以以块为单位用电气方法进行消除，只是构造复杂，集成度难以提高。

集上述各种存储器的优点，近年来出现了快闪存储器（FLASH Memory）。例如家庭用ISDN(Integrated Services Digital Networks：综合服务数字网络系统)设备等，经一次设定，以后即使电源切断，也不会自动消除，显然快闪存储器等大有用武之地。

1.3.3 半导体器件的分类方法

半导体器件有多种不同的分类方法。例如，按其结构有双极结型及CMOS型之分，按其功能有数字型及逻辑型之分等。在此，集半导体器件之大成，除了按集成度、基板构成、结构、功能分类之外，还按开发形态和生产形态进行分类，下表是对这些分类的汇总。

本章所述，采用了表中所示的按基板构成分类，主要讨论在硅基板内将所有元件都制作在其中的所谓单片器件，因此薄膜IC、厚膜IC等混合型器件并不包含其中。

半导体制程中最令人头痛的问题是器件的构造区分。首先，双极型和MOS型在基本制作工艺上有很大差异，而BiCMOS的基本制作工艺更是与二者的不同。因此，不同工艺的整合必不可少。

在按功能的分类中，对于三极管（CMOS）来说，尽管存储器、逻辑器件等对其所要求的性能及对工艺所要求的精度多少有些差异，但只要处于同一设计基准（特征线宽），其基本的加工技术内容大致上是相同的。但对于存储器来说，由于存储器特有的结构（电容器），需要考虑加入制作它的工艺流程。而且，在存储器、逻辑混载型器件（系统LSI及芯片上系统（System on Chip，SoC）中，既有采用三维电容器结构但不需要2～3层以上多层布线的存储器，又有不具有电容器结构而采用2～3层及以上多层布线的逻辑电路，因此工艺整合不可或缺。

在按器件的开发形态或生产形态的分类中，有半用户型器件（栅阵列等）。在这些器件中，预先在基板内完成三极管的工序及布置，再按用户所要求的回路在其上通过布线工序，实现芯片化。这种基板是预先做好三极管的，应要求实施布线即可出货。

关于生产形态，还要进一步考虑基础生产形态中工艺的模块化。这是由于，通过生产及工艺的通用化和标准化，可以降低价格，缩短工期。