半导体材料系列报告（6）硅片：集成电路大厦之基石
发布日期：2020 年06 月24 日
硅片是半导体行业基石，摩尔定律不断催生大尺寸硅片需求
在七种主要半导体材料中，硅片作为半导体集成电路/器件的载体，是当之无愧
的产业基石。硅片制造属于半导体制造的上游环节，是后续的芯片前道工艺与
后道工艺的基础，以单晶硅为主流晶圆材料，直拉法和区熔法为主要的单晶工艺技术路线。半导体硅片制造难度高、下游应用广，是核心的硅片市场。受摩尔定
律影响，硅片为适应芯片制程的进步正朝大尺寸方向发展，硅片尺寸越大，单位
芯片制造的成本越低，边角浪费的硅片越少。
原材料和设备供应商深度参与，行业供给内在逻辑复杂
硅片行业上游是以高纯多晶硅为主的原材料厂商和硅片设备厂商，前者曾一度面临短缺，目前通过国产替代缓解供给压力；后者则深度参与硅片研制，在硅片制造公司的发展过程中起到重要协同作用。目前大硅片制造设备长期被美日韩德等国厂商控制，其中尤以日本厂商为甚。硅片行业内在逻辑较为复杂，下游需求和芯片制程保持同步，大尺寸配合先进制程商用步伐，终端应用结构决定硅片需求层次。短期供需关系、设备厂商提供的资源、投资回报率等一同影响着硅片制造厂商的发展潜力。
海外龙头高度垄断国际市场，大陆厂商逐步奋起直追
硅片行业集中度高，目前被日本、台湾地区、韩国、欧洲厂商高度垄断。2019
年全球大硅片市场日本信越化学市场份额29%、日本SUMCO 集团市场份额23%、中国台湾环球晶圆市场份额16%、德国世创Siltronic AG 市场份额12%、韩国SK Siltron 市场份额12%，前五大厂商总体市场占有率高达92%。行业壁垒较
高，技术为显性壁垒，下游客户的认证为隐性壁垒。大陆硅片厂商于2019 年启动扩产潮，有望切入全球硅片供应链，实现份额和业绩双增厚。本土受益标的包
括大陆规模最大的硅片企业沪硅产业、技术领先的单晶硅供应商中环股份和神工
股份，以及正在上市受理中的立昂微电子等。
产业基金聚焦半导体材料，内生与外延赋能国产硅片进口替代
大基金二期有望聚焦半导体材料，占据产业龙头地位的大硅片企业将受益于资本和技术的集聚效应，进入新一轮强劲增长期。硅片国产化势在必行，国产替代亟
待上游和下游集成电路产业的共同突破，在此过程中，海内外并购重组将为国产硅片行业提供外延动力。另一层面，在供需和库存的共同影响下，大硅片已进
入涨价周期。5G 技术的革新以及芯片制程的快速进步，将继续提升硅片整体价格。投资建议
我们认为国产大硅片将迎来突破，行业领先的厂商值得重点关注，重点关注沪
硅产业、中环股份、神工股份、立昂微电等。
风险提示
行业深度报告表1：相关公司盈利预测与估值（更新至2020 年 6 月23 日收盘价）
资料来源：wind，中信建投
表2：重点公司核心逻辑
资料来源：wind，中信建投
行业深度报告
目录
硅片——半导体行业之基石 (1)
硅片是半导体产业最重要的基础材料 (1)
硅片正朝大尺寸和先进工艺发展，并衍生出多品类的需求结构 (3)
硅片制备：直拉法vs 区熔法 (8)
硅片制造产业链中配套材料和设备至关重要 (11)
需求向好叠加产业东移，大硅片国产化加速 (14)
取决于制程要求，8/12 英寸应用场景决定需求结构 (14)
全球半导体蓬勃发展，中国晶圆代工持续扩张，本土硅片需求迎来爆发 (17)
供需与库存共同影响，大硅片进入涨价周期 (21)
海外龙头垄断市场，大硅片国产化势在必行 (23)
半导体硅片国际玩家梳理 (24)
日本信越化学(4063.T) (24)
日本SUMCO 集团(3436.T) (26)
中国台湾环球晶圆(6488.TWO) (28)
中国台湾合晶科技(6182.TWO) (30)
韩国SK Siltron(未上市) (32)
德国世创Siltronic AG(WAF.F) (34)
法国Soitec(SOI.PA) (36)
半导体硅片本土受益标的 (38)
沪硅产业(688126.SH) (38)
中环股份(002129.SZ) (40)
神工股份(688233.SH) (42)
立昂微电（上市受理中） (44)
投资建议 (46)
附录 (47)
行业深度报告
图目录
图1：半导体硅晶圆片 (1)
图2：地壳中的硅元素储量较为丰富 (1)
图3：硅片主要应用于半导体与光伏领域 (1)
图4：半导体硅片制造工艺流程 (2)
图5：半导体芯片制造工艺流程 (2)
图6：硅片是整个电子产业的支柱 (3)
图7：硅片是半导体材料中成本占比最大的材料 (3)
图8：单晶体与多晶体结构示意图 (3)
图9：半导体硅片尺寸演进 (4)
图10：8 英寸与12 英寸硅片可使用率对比 (4)
图11：全球不同尺寸硅片市场规模 (5)
图12：全球抛光与外延硅片市场出货面积及预测 (5)
图13：大尺寸硅片的质量要求与技术难度日益提高 (5)
图14：半导体抛光片、外延片工艺流程 (6)
图15：抛光片示意图 (6)
图16：抛光片结构 (6)
图17：退火片结构 (7)
图18：外延片结构 (7)
图19：SOI 硅片结构 (7)
图20：结隔离片结构 (7)
图21：硅片制备流程之拉晶环节 (8)
图22：硅片制备流程之后续环节 (8)
图23：直拉法示意图 (9)
图24：直拉法工艺流程 (9)
图25：区熔法示意图 (10)
图26：区熔法工艺流程 (10)
图27：半导体硅片原材料成本占比 (11)
图28：国内多晶硅产量 (11)
图29：国内电子级多晶硅产销量 (11)
图30：2018 年全球电子级多晶硅市场份额 (11)
图31：国内多晶硅进出口规模（数量） (12)
图32：国内多晶硅进出口规模（价值） (12)
图33：进口原生多晶硅价格（国外主流厂商平均） (12)
图34：国产原生多晶硅价格（一级料，国内主流厂商平均） (12)
图35：硅片下游产业链构成 (14)
图36：2016-2022 年全球芯片制造产能分布预测 (14)
图37：硅片工艺随着硅片尺寸变大而同步升级 (14)
图38：当前半导体行业增长驱动力 (16)
图39：半导体技术节点革新预测 (16)
行业深度报告
图40：8 英寸晶圆应用场景丰富 (16)
图41：各类型半导体的销售额构成预测 (16)
图42：DRAM 对12 英寸晶圆月均需求量 (16)
图43：NAND 对12 英寸晶圆月均需求量 (16)
图44：全球半导体芯片市场规模 (17)
图45：全球集成电路市场规模 (17)
图46：全球半导体应用市场规模预测 (17)
图47：全球半导体硅片市场规模 (18)
图48：全球半导体硅片出货面积 (18)
图49：不同尺寸规格的半导体硅片市场占比 (18)
图50：全球不同尺寸规格的硅片出货面积 (19)
图51：全球8 英寸硅片月均需求量 (19)
图52：全球12 英寸大硅片月均需求量 (19)
图53：全球12 英寸晶圆厂数量 (19)
图54：全球12 英寸大硅片产能与需求 (19)
图55：中国大陆集成电路市场规模与国产化率 (20)
图56：全球各地区晶圆代工市场规模 (20)
图57：中国大陆6-12 英寸芯片制造产能分布预测 (20)
图58：中国大陆半导体硅片市场规模 (20)
图59：SUMCO 预测12 英寸硅片客户库存量 (21)
图60：8 英寸硅片供给占比 (22)
图61：12 英寸硅片供给占比 (22)
图62：8 英寸硅片供求关系 (22)
图63：12 英寸硅片供求关系 (22)
图64：全球半导体硅片价格走势 (22)
图65：不同工艺制程硅片的价格指数（以台积电为例） (22)
图66：2019 年全球硅片制造商市场份额 (23)
图67：中国大陆与全球硅片销售额增速对比 (23)
图68：2019 年全球12 英寸硅片市场份额 (23)
图69：2019 年全球8 英寸硅片市场份额 (23)
图70：信越化学营业收入 (25)
图71：信越化学归母净利润 (25)
图72：信越化学毛利率与净利率 (25)
图73：信越化学地区营收结构 (25)
图74：信越化学产品营收结构 (25)
图75：信越化学产品营利结构 (25)
图76：SUMCO 集团公司发展沿革 (26)
图77：SUMCO 营业收入 (27)
图78：SUMCO 归母净利润 (27)
图79：SUMCO 毛利率与净利率 (27)
图80：SUMCO 地区营收结构 (27)
行业深度报告
图81：SUMCO 6 寸硅片月均出货量走势 (27)
图82：SUMCO 12 寸硅片月均出货量走势 (27)
图83：环球晶圆营业收入 (28)
图84：环球晶圆归母净利润 (28)
图85：环球晶圆毛利率与净利率 (29)
图86：环球晶圆产品营收结构 (29)
图87：环球晶圆地区营收结构 (29)
图88：合晶科技营业收入 (30)
图89：合晶科技归母净利润 (30)
图90：合晶科技毛利率与净利率 (31)
图91：2018 年合晶科技主要产品全球市占率 (31)
图92：合晶科技产品营收结构 (31)
图93：合晶科技地区营收结构 (31)
图94：SK Siltron 营业收入 (32)
图95：SK Siltron 营业利润 (32)
图96：SK Siltron 主要产品月均产能情况 (33)
图97：SK Siltron 季度出货量 (33)
图98：Siltronic AG 营收情况 (35)
图99：Siltronic AG 利润（EBITDA）情况 (35)
图100：Siltronic AG 盈利能力 (35)
图101：Siltronic AG 地区营收结构 (35)
图102：Soitec 营业收入 (36)
图103：Soitec 利润（EBITDA）情况 (36)
图104：Soitec 盈利能力 (37)
图105：Soitec 地区营收结构 (37)
图106：2019 财年Soitec 主要产能分布 (37)
图107：2019 财年Soitec 产品营收结构 (37)
图108：沪硅产业公司发展历程 (38)
图109：沪硅产业营业收入 (39)
图110：沪硅产业归母净利润 (39)
图111：沪硅产业营收结构（产品） (39)
图112：沪硅产业营收结构（地区） (39)
图113：中环股份半导体硅片发展历程 (40)
图114：中环股份营业收入 (40)
图115：中环股份归母净利润 (40)
图116：中环股份营收结构（产品） (41)
图117：中环股份营收结构（地区） (41)
图118：中环股份毛利率与净利率 (41)
图119：中环股份各业务毛利率 (41)
图120：神工股份主要产品形态 (42)
图121：神工股份营业收入 (43)
行业深度报告
图122：神工股份归母净利润 (43)
图123：神工股份营收结构（产品） (43)
图124：神工股份营收结构（地区） (43)
图125：神工股份毛利率与净利率 (43)
图126：神工股份各业务毛利率 (43)
图127：立昂微电发展历程 (44)
图128：立昂微电营业收入 (45)
图129：立昂微电归母净利润 (45)
图130：立昂微电营收结构（产品） (45)
图131：立昂微电营收结构（地区） (45)
图132：立昂微电毛利率与净利率 (45)
图133：立昂微电各业务毛利率 (45)
表目录
表1：相关公司盈利预测与估值（更新至2020 年6 月23 日收盘价） (1)
表2：重点公司核心逻辑 (1)
表3：不同尺寸规格的硅片比较 (4)
表4：半导体硅片尺寸及制程节点演变 (5)
表5：不同种类硅片及其应用领域 (7)
表6：直拉法与区熔法的工艺特性对比 (10)
表7：硅片制造流程中的主要设备及其代表厂商 (13)
表8：硅片尺寸、制程与应用领域的关系 (15)
表9：主要硅片厂商长期合约（LTA）占比情况 (21)
表10：信越化学公司发展沿革 (24)
表11：环球晶圆公司发展沿革 (28)
表12：环球晶圆计划研发项目 (29)
表13：合晶科技公司发展历程 (30)
表14：SK Siltron 公司发展沿革 (32)
表15：Siltronic AG 公司发展沿革 (34)
表16：Soitec 公司发展沿革 (36)
表17：沪硅产业公司主要产品 (38)
表18：神工股份公司发展沿革 (42)
表19：立昂微电半导体硅片主要产品 (44)
表20：相关公司盈利预测与估值（更新至2020 年6 月23 日收盘价） (46)
表21：硅片供应商 (47)
表22：电子级多晶硅供应商 (48)
行业深度报告
硅片——半导体行业之基石
硅片是半导体产业最重要的基础材料
硅片是由高纯结晶硅为材料制造的圆片，一般作为集成电路和半导体器件的载体。与其他材料相比，结晶硅的分子结构非常稳定，很少有自由电子产生，因此其导电性极低。硅基半导体材料产量大、易获取、应用广，其应用覆盖了90%以上的半导体产品。硅是除了氧元素之外第二丰富的元素，以多样的形式大量存在于沙子、岩石、矿物中，相较于其他半导体材料更加易于获取。
图1：半导体硅晶圆片图2：地壳中的硅元素储量较为丰富
资料来源：Bing，中信建投资料来源：Wikipedia，中信建投
硅片主要用于半导体和光伏两大领域，半导体硅片更值得关注。二者差异主要体现在硅片类型、纯度、平整度、光滑度及洁净度等特性上。硅片在IC 制造和太阳能电池领域均作为基底材料，为满足相应的电学特性，半导体级硅晶圆都是单晶硅，而太阳能电池用的硅晶圆则单晶硅与多晶硅皆有。半导体硅片纯度标准要求为99.999999999%以上（业内简称11N），而光伏硅片纯度要求较低，约为99.9999%左右。研磨、倒角、抛光、清洗等工艺都是制作硅片的必备流程，以保证半导体大硅片表面的平整度和光滑度被控制在1nm 以内。由于半导体硅片制造较难、下游应用广泛、市场价值较高，因此也是硅片核心市场。
图3：硅片主要应用于半导体与光伏领域
资料来源：中国知网，中信建投
行业深度报告
半导体硅片制造需经过一系列物理和化学操作，高纯和高精度是关键。通常将95-99%纯度的硅称为工业硅；
纯度达99.9999999%至99.999999999%（9-11 个9）的称为超纯多晶硅；在获得超纯多晶硅之后，掺入硼（P）、磷（B）等元素改变其导电能力，放入籽晶确定晶向，制成半导体领域常用的单晶硅，切片、研磨、蚀刻、抛光、外延（如有）、键合（如有）、清洗等步骤之后，即可制成半导体硅片。在获得单晶硅的过程中，熔体温度、提拉速度、籽晶/石英坩埚的旋转速度以及熔体中的硼（P）、磷（B）等杂质元素浓度都起到决定性的作用。最后，在半导体硅片上布设晶体管和多层互联线，从而制成具有特定功能的集成电路或半导体器件。
图4：半导体硅片制造工艺流程
资料来源：Siltronic，中信建投
大硅片制造难度随芯片制程提高而快速提升。硅片作为基础衬底，必须具备高纯净度、平整度、清洁度和
低杂质污染度，才能完美保持芯片原本设计的功能。半导体芯片最新工艺节点已达5nm，随着制程微缩，芯片
制造对硅片缺陷密度与缺陷尺寸的容忍度不断降低，质量控制更严格。随尺寸增加，硅片质量控制和制造难度
也倍数增加，难度主要体现在拉晶环节对速度和温度的精准把控，以及制造设备对晶圆工艺腔体均匀性的处理。
图5：半导体芯片制造工艺流程
资料来源：SEMI，中信建投
行业深度报告
硅片正朝大尺寸和先进工艺发展，并衍生出多品类的需求结构
硅片（或硅基半导体）是目前产量最大、应用最广的半导体材料，远高于其他元素半导体或化合物半导体。常
见半导体材料包括硅（Si）、锗（Ge）等元素半导体及砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等化合物半导体。相
较于锗，硅的熔点为1415℃，高于锗的熔点937℃，较高的熔点使硅可以广泛用于高温加工工艺；硅的禁带宽
度大于锗，更适合制作高压器件。相较于砷化镓，硅安全无毒、对环境无害，而砷元素为有毒物质；并且锗、砷化镓
均没有天然氧化物，在晶圆制造时还需要在表面沉积多层绝缘体，这会导致下游晶圆制造生产步骤增加从而使
生产成本提高。根据SEMI 统计数据，全球95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路采用硅作为衬底材料，而化合物半导体市场占比在5%以内。由此可见，在半导体领域，硅片占据了半导体衬底的核心地位。
图6：硅片是整个电子产业的支柱图7：硅片是半导体材料中成本占比最大的材料
资料来源：Siltronic，中信建投资料来源：SEMI，中信建投
硅片及硅基电子
气体掩膜版
光刻胶配套化学品
抛光材料
湿电子化学品
光刻胶溅射靶材
其他
单晶硅片与多晶硅片
硅片分为单晶硅和多晶硅，半导体行业使用单晶硅。根据晶胞排列是否有序，硅片可分为单晶硅和多晶硅。二
者在力学、光学与电学等物理性质上存在着差异，单晶硅的电学性质通常优于多晶硅。通常由于单晶硅的硅片内部
只由一个晶料粒构成，基本完整的结构使得其光电转换效率更高，在18%~24%左右，而多晶硅片的光电转换效率在15%~19%左右。由于多晶硅片制造工艺简单、价格低廉，更高的性价比使其在硅片市场中更受下游生产商青睐。
同时，目前随着单晶硅片生产技术的进步以及规模化生产效应的影响，其成本实现了一定程度上的降低，市场价格
的下调也开始使得单晶硅片市场份额不断增加。
图8：单晶体与多晶体结构示意图
资料来源：Elecfans，中信建投
2% 11%
5%
37%
6%
7%
7%
12% 13%
行业深度报告不同尺寸规格的硅片
可按照尺寸规格对硅片分类，硅片制造随着尺寸增大对设备和工艺的要求有所提高。以直径计算，半导体硅片的尺寸规格主要有50mm（2 英寸）、75mm（3 英寸）、100mm（4 英寸）、150mm（6 英寸）、200mm（8 英寸）与300mm（12 英寸）。为了与摩尔定律同步，即集成电路上的晶体管数量每隔18 个月提升一倍，相应集成电路性能增强一倍，成本下降一半，芯片制造厂商需要不断改良技术，提升单个硅片可生产的芯片数量、降低单个硅片的制造成本。而硅片尺寸越大，单个硅片上可制造的芯片数量就越多，单位芯片的成本随之降低。因此厂商们纷纷向大尺寸硅片发展。
表3：不同尺寸规格的硅片比较
晶圆尺寸（in) 晶圆直径
(mm)
厚度
(μm)
面积
(cm2)
重量
(g)
单位面积重量
(g/in2)
2 51 279 20.26 1.32 0.42
3 76 381 45.61 4.05 0.57
4 100 52
5 78.65 9.67 0.77
5 125 625 112.72 17.87 0.91
6 150 675 176.72 27.82 0.98
8 200 725 314.16 52.98 1.05
12 300 775 706.21 127.62 1.13
SEMI
在摩尔定律的影响下，硅片正不断向着大尺寸方向发展。为提高生产效率并降低成本，向大尺寸演进是半导体硅片的发展方向。硅片尺寸变大，单位芯片的成本随之降低。硅片边缘处的一些区域通常无法被利用，造成浪费，这是因为需要在圆形硅片上制造矩形的芯片。而当硅片的尺寸变大，硅片边缘损失就会越小，芯片成本从而降低。300mm 硅片的可使用面积超过200mm 硅片的两倍以上，可使用率（衡量单位晶圆可生产的芯片数量的指标）是200mm 硅片的 2.5 倍左右。
图9：半导体硅片尺寸演进图10：8 英寸与12 英寸硅片可使用率对比
资料来源：知网，中信建投资料来源：联华电子官网，中信建投
12 英寸硅片是目前业内主流，18 寸硅片尚未成熟。根据SEMI 统计数据，2018 年全球12 英寸硅片出货面积约占硅片总出货量的63%，其次是8 英寸，约占26%。12 英寸硅片的下一站是18 英寸（450mm）硅片，但由于12 英寸硅片可满足当前生产需求，且18 英寸硅片设备研发难度极大，面临资金和技术双重压力。据SEMI 估算，一个18 英寸晶圆厂的耗资将高达100 亿美元，远超出12 英寸晶圆厂的投入成本，且其只能使芯片单位面积价格下降8%，因此晶圆厂向18 英寸转移的速度较缓，预计到2020 年以后18 英寸硅片才可能初步量产。
行业深度报告
图11：全球不同尺寸硅片市场规模图12：全球抛光与外延硅片市场出货面积及预测
资料来源：SEMI，中信建投资料来源：SEMI，中信建投
工艺制程的不断精进也提升了对硅片的技术要求。硅片的工艺制程与尺寸并行发展，每一制程阶段与硅片尺寸相对应，制程的提升对硅片尺寸的增大提出了要求。随着半导体芯片量产制程达到7nm 甚至更精细，18 英寸等更大尺寸的硅片有望在未来获得需求。具体来看两者的需求逻辑如下：
●制程进步→晶体管缩小→晶体管密度成倍增加→性能提升。
●晶圆尺寸增大→每片晶圆产出芯片数量更多→效率提升→成本降低。
表4：半导体硅片尺寸及制程节点演变
资料来源：沪硅产业招股说明书，中信建投
图13：大尺寸硅片的质量要求与技术难度日益提高
资料来源：SUMCO，中信建投
晶圆尺寸1970s 1980s 1990s 2000s 2010s
2 inch 5.0μm
4 inch 3.0μm→0.5μm
6 inch 0.35μm→0.13μm
8 inch 90nm→55nm
12 inch 28nm→5nm
行业深度报告不同用途的硅片
根据用途分类，半导体硅片可分为抛光片、退火片、外延片、结隔离片和以SOI 硅片为代表的高端硅片。其中，抛光片是用量最大的产品，其他的硅片产品都是在抛光片的基础上二次加工产生的。
图14：半导体抛光片、外延片工艺流程
资料来源：沪硅产业招股说明书，中信建投
抛光片是最基础、应用范围最广的硅片。抛光片(PW-Polished Wafer)可直接用于制作半导体器件，广泛应用于存储芯片与功率器件等，也可作为外延片、SOI 硅片等其他类型硅片的衬底材料。随着集成电路特征线宽的不断缩小，光刻精度日益精细，硅片上极其微小的不平整都会造成集成电路图形的形变和错位，硅片制造技术面临越来越高的要求和挑战。硅片表面颗粒度和洁净度对半导体产品的良率也有直接影响。因此，抛光工艺对提高硅片表面的平整度和清洁度至关重要，主要原理为通过去除加工表面残留的损伤层，实现半导体硅片表面平坦化，减小粗糙度。
图15：抛光片示意图图16：抛光片结构
资料来源：SUMCO，中信建投资料来源：环球晶圆官网，中信建投
退火片相较于抛光片而言，其表面的完整性更好，常用于CMOS 元件制造以及DRAM 制造。抛光片的缺点随着制程技术的不断发展和工艺线宽的不断缩小而逐渐暴露出来。在此背景下，退火片(AW-Annealed Wafer) 应运而生。通过将抛光片置于充满氩气或氧气的高温环境中，按照一定的程序进行升温、降温过程，大幅减少抛光片表面的氧气含量，得到退火片。其目的是消除氧对于硅片电阻率的影响，提高芯片良率。因此相较于普通的抛光片，退火片表面拥有更好的晶体完整性，可满足更高的半导体蚀刻需求。退火片主要应用于一般CMOS 元件制造以及DRAM 制造。
集成电路设计 实验报告 时间：2011年12月
实验一原理图设计 一、实验目的 1.学会使用Unix操作系统 2.学会使用CADENCE的SCHEMA TIC COMPOSOR软件 二：实验内容 使用schematic软件，设计出D触发器，设置好参数。 二、实验步骤 1、在桌面上点击Xstart图标 2、在User name：一栏中填入用户名，在Host：中填入IP地址，在Password：一栏中填入 用户密码，在protocol：中选择telnet类型 3、点击菜单上的Run！，即可进入该用户unix界面 4、系统中用户名为“test9”，密码为test123456 5、在命令行中（提示符后，如：test22>）键入以下命令 icfb&↙(回车键)，其中& 表示后台工作，调出Cadence软件。 出现的主窗口所示： 6、建立库(library)：窗口分Library和Technology File两部分。Library部分有Name和Directory 两项，分别输入要建立的Library的名称和路径。如果只建立进行SPICE模拟的线路图，Technology部分选择Don’t need a techfile选项。如果在库中要创立掩模版或其它的物理数据（即要建立除了schematic外的一些view），则须选择Compile a new techfile(建立新的techfile)或Attach to an existing techfile(使用原有的techfile)。 7、建立单元文件(cell)：在Library Name中选择存放新文件的库，在Cell Name中输 入名称，然后在Tool选项中选择Composer-Schematic工具(进行SPICE模拟)，在View Name中就会自动填上相应的View Name—schematic。当然在Tool工具中还有很多别的
晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为－。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
半导体材料系列报告（6）硅片：集成电路大厦之基石 发布日期：2020 年06 月24 日
硅片是半导体行业基石，摩尔定律不断催生大尺寸硅片需求 在七种主要半导体材料中，硅片作为半导体集成电路/器件的载体，是当之无愧 的产业基石。硅片制造属于半导体制造的上游环节，是后续的芯片前道工艺与 后道工艺的基础，以单晶硅为主流晶圆材料，直拉法和区熔法为主要的单晶工艺技术路线。半导体硅片制造难度高、下游应用广，是核心的硅片市场。受摩尔定 律影响，硅片为适应芯片制程的进步正朝大尺寸方向发展，硅片尺寸越大，单位 芯片制造的成本越低，边角浪费的硅片越少。 原材料和设备供应商深度参与，行业供给内在逻辑复杂 硅片行业上游是以高纯多晶硅为主的原材料厂商和硅片设备厂商，前者曾一度面临短缺，目前通过国产替代缓解供给压力；后者则深度参与硅片研制，在硅片制造公司的发展过程中起到重要协同作用。目前大硅片制造设备长期被美日韩德等国厂商控制，其中尤以日本厂商为甚。硅片行业内在逻辑较为复杂，下游需求和芯片制程保持同步，大尺寸配合先进制程商用步伐，终端应用结构决定硅片需求层次。短期供需关系、设备厂商提供的资源、投资回报率等一同影响着硅片制造厂商的发展潜力。 海外龙头高度垄断国际市场，大陆厂商逐步奋起直追 硅片行业集中度高，目前被日本、台湾地区、韩国、欧洲厂商高度垄断。2019 年全球大硅片市场日本信越化学市场份额29%、日本SUMCO 集团市场份额23%、中国台湾环球晶圆市场份额16%、德国世创Siltronic AG 市场份额12%、韩国SK Siltron 市场份额12%，前五大厂商总体市场占有率高达92%。行业壁垒较 高，技术为显性壁垒，下游客户的认证为隐性壁垒。大陆硅片厂商于2019 年启动扩产潮，有望切入全球硅片供应链，实现份额和业绩双增厚。本土受益标的包 括大陆规模最大的硅片企业沪硅产业、技术领先的单晶硅供应商中环股份和神工 股份，以及正在上市受理中的立昂微电子等。 产业基金聚焦半导体材料，内生与外延赋能国产硅片进口替代 大基金二期有望聚焦半导体材料，占据产业龙头地位的大硅片企业将受益于资本和技术的集聚效应，进入新一轮强劲增长期。硅片国产化势在必行，国产替代亟 待上游和下游集成电路产业的共同突破，在此过程中，海内外并购重组将为国产硅片行业提供外延动力。另一层面，在供需和库存的共同影响下，大硅片已进 入涨价周期。5G 技术的革新以及芯片制程的快速进步，将继续提升硅片整体价格。投资建议 我们认为国产大硅片将迎来突破，行业领先的厂商值得重点关注，重点关注沪 硅产业、中环股份、神工股份、立昂微电等。 风险提示
集成电路设计基础 2010-11年第一学期试题 一、填空题（20分） 1、目前，国内已引进了12英寸0.09um 芯片生产线，由此工艺线生产出来的集成 电路特征尺寸是0.009um （大 小），指的是右图中的W （字 母）。 2、CMOS工艺可分为p阱、n阱、双阱 三种。 在CMOS工艺中，N阱里形成的晶体管是p （PMOS，NMOS）。 3、通常情况下，在IC中各晶体管之间是由场氧来隔离的；该区域的形成用到的制造工艺是氧化工艺。 4.集成电路制造过程中，把掩膜上的图形转换成晶圆上器件结构一道工序是指光 刻，包括晶圆涂光刻胶、曝光、显影、烘干四个步骤； 其中曝光方式包括①接触式、②非接触式两种。 5、阈值电压V T是指将栅极下面的si表面从P型Si变成N型Si所必要的电压，根据阈值电压的不同，常把MOS区间分成耗尽型、增强型两种。降低V T 的措施包括：降低杂质浓度、增大Cox 两种。 二、名词解释（每词4分，共20分） ①多项目晶圆（MPW） ②摩尔定律 ③掩膜 ④光刻
⑤外延 三、说明（每题5分共10分） ①说明版图与电路图的关系。 ②说明设计规则与工艺制造的关系。 四、简答与分析题（10分） 1、数字集成电路设计划分为三个综合阶段，高级综合,逻辑综合,物理综合；解释这 三个综合阶段的任务是什么？ 2、分析MOSFET尺寸能够缩小的原因。 五、综合题（共4小题，40分） 1、在版图的几何设计规则中，主要包括各层的最小宽度、层与层之间的最小间距、各 层之间的最小交叠。把下图中描述的与多晶硅层描述的有关规则进行分类： （2）属于层与层之间的最小间距的是: （3）属于各层之间的最小交叠是： 2．请提取出下图所代表的电路原理图。画出用MOSFET构成的电路。
《集成电路设计》课程设计实验报告 （前端设计部分） 课程设计题目：数字频率计 所在专业班级：电子科 作者姓名： 作者学号： 指导老师：
目录 （一）概述 2 2 一、设计要求2 二、设计原理 3 三、参量说明3 四、设计思路3 五、主要模块的功能如下4 六、4 七、程序运行及仿真结果4 八、有关用GW48－PK2中的数码管显示数据的几点说明5（三）方案分析 7 10 11
（一）概述 在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得十分重要。测量频率的方法有多种，数字频率计是其中一种。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。数字频率计基本功能是测量诸如方波等其它各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。 频率计的基本原理是应用一个频率稳定度高的时基脉冲，对比测量其它信号的频率。时基脉冲的周期越长，得到的频率值就越准确。通常情况下是计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间是1秒。闸门时间也可以大于或小于1秒，闸门的时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门的时间越长则每测一次频率的间隔就越长，闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。 本文内容粗略讲述了我们小组的整个设计过程及我在这个过程中的收获。讲述了数字频率计的工作原理以及各个组成部分，记述了在整个设计过程中对各个部分的设计思路、程序编写、以及对它们的调试、对调试结果的分析。 （二）设计方案 一、设计要求： ⑴设计一个数字频率计，对方波进行频率测量。 ⑵频率测量可以采用计算每秒内待测信号的脉冲个数的方法实现。
硅片生产工艺流程及注意要点 简介 硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。 工艺过程综述 硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。 表1.1 硅片加工过程步骤 1.切片 2.激光标识 3.倒角 4.磨片 5.腐蚀 6.背损伤 7.边缘镜面抛光 8.预热清洗 9.抵抗稳定——退火 10.背封 11.粘片 12.抛光 13.检查前清洗 14.外观检查
15.金属清洗 16.擦片 17.激光检查 18.包装/货运 切片（class 500k） 硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。 切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。 切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。 硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。 激光标识(Class 500k) 在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。
《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 一文看懂半导体硅片所有猫腻 半导体单晶硅片的生产工艺流程 单晶硅片是单晶硅棒经由一系列工艺切割而成的，制备单晶硅的方法有直拉法（CZ 法）、区熔法（FZ 法）和外延法，其中直拉法和区熔法用于制备单晶硅棒材。区熔硅单晶的最大需求来自于功率半导体器件。 单晶硅制备流程 直拉法简称CZ 法。CZ 法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，得到单晶硅。 区熔法是利用多晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生长的一 种方法，利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs 等材料的提纯和单晶生长。后者是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多 晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法。 巨头垄断硅片市场进口替代可能性高 直拉法和区熔法的比较 单晶硅是从大自然丰富的硅原料中提纯制造出多晶硅，再通过区熔或直拉法生产出区熔单晶或直拉单晶硅，进一步形成硅片、抛光片、外延片等。直拉法生长出的单晶硅，用在生产低功率的集成电路元件。而区熔法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。直拉法加工工艺：加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。 悬浮区熔法加工工艺：先从上、下两轴用夹具精确地垂直固定棒状多晶锭。用电子轰击、高频感应或光学聚焦法将一段区域熔化，使液体靠表面张力支持而不坠落。移动样品或加热器使熔区移动。这种方法不用坩埚，能避免坩埚污染，因而可以制备很纯的单晶，也可采用此法进行区熔。 半导体单晶硅片加工工艺流程 工业生产中对硅的需求主要来自于两个方面：半导体级和光伏级。半导体级单晶硅和光伏级单晶硅在加工工艺流程中存在着一些差异，半导体级单晶硅的纯度远远高于光伏级单晶硅。半导体级单晶硅片的加工工艺流程：单晶生长→切断→外径滚磨→平边或V 型槽处理→切片，倒角→研磨，腐蚀--抛光→清洗→包装。 北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六 目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (14) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27) 实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图 顺大半导体发展有限公司太阳能用 硅单晶片生产技术 目录 一、硅片生产工艺中使用的主要原辅材料 1、拉制单晶用的原辅材料，设备和部件： 2、供硅片生产用的原辅材料，设备和部件： 二、硅片生产工艺技术 1、硅单晶生产部 （1）、腐蚀清洗工序生产工艺技术 对处理后原材料质量要求 （2）、腐蚀清洗生产工艺流程 ①多晶硅块料，复拉料和头，尾料处理工艺流程 ②边皮料酸碱清洗处理工艺流程 ③埚底料酸清洗处理工艺流程 ④废片的清洗处理工艺流程 （3）、硅单晶生长工艺技术 （4）、单晶生长中的必备条件和要求 ①单晶炉 ②配料与掺杂 （5），单晶生长工艺参数选择 （6）、质量目标： （7）、硅单晶生长工艺流程 2、硅片生产部 （1）、硅片加工生产工艺技术 （2）、硅片加工工艺中的必备条件和要求 ①切割机 ②切割浆液 （3）、质量目标 （4）、硅片加工工艺技术流程 ①开方锭生产工艺流程 ②切片生产工艺流程 （5）、硅片尺寸和性能参数检测 前言 江苏顺大半导体发展有限公司座落于美丽的高邮湖畔。公司始创生产太阳能电池用各种尺寸的单晶和多晶硅片。拥有国内先进的拉制单晶设备104台，全自动单晶炉112台。年产量可达到××××吨。拥有大型先进的线切割设备×××台。并且和无锡尚德形成了合作联盟（伙伴），每×可以向尚德提供×××硅单晶片。同时河北晶于2004年，占地面积××××。公司现在有×××名员工，从事澳、南京等光伏组件公司都和顺大形成了长年的合作关系。为了公司的进一步发展，扩大产业链，解决硅单晶的上下游产品的供需关系，2006年在扬州投资多晶硅项目，投资规模达到××亿。工程分两期建设，总规模年产多晶硅6000吨。2008年底首期工程已经正式投入批量生产，年产多晶硅×××吨。 太阳能用硅片生产工艺十分复杂，要通过几十道工序才能完成，只有发挥团队精神才能保证硅片的最终质量。编写该篇壮大资料的目的：首先让大家了解整个硅片生产过程，更重要的是让各生产工序中的每一位操作人员明确自己的职责，更自觉地按操作规程和规范做好本职工作，为顺大半导体发展有限公司的发展，尽自己的一份力量。 中国半导体硅片外延片行业发展概述 1.1 半导体硅片、外延片行业概述 （1）半导体硅片、外延片定义及分类 在半导体制造业中广泛使用各种不同尺寸与规格的硅片，目前12英寸硅片的出货量占比超过60%，是目前主流的硅片尺寸。18英寸晶园世代的技术和机台设备有不少方针已开始确立，但依目前半导体业的态势观察，现在还很难取得实质性的进展。 硅片是生产集成电路的主要原材料。硅片尺寸越大则每片硅片上可以制造的芯片数量就越多，从而制造成本就越低。硅片尺寸的扩大和芯片线宽的减小是集成电路行业技术进步的两条主线。目前12英寸硅片的出货量占比超过60%，是目前主流的硅片尺寸。 半导体硅片通常由高纯度的多晶硅锭釆用查克洛斯法（CZ Method）为主拉成不同电阻率的硅单晶锭，然而经过晶体定向→外园滚磨→加工主、副参考面→切片→倒角→热 处理→研磨→化学腐蚀→抛光→清洗→检测→包装等工序。 根据硅纯度的不同要求，可分为太阳能等级6个“9”纯度，以及半导体等级11个“9”纯度。 （2）半导体硅片、外延片市场结构分析 1）行业产品结构分析 在半导体制造业中广泛使用各种不同尺寸与规格的硅片，通常包括4英寸、5英寸、6英寸、8英寸及12英寸，它们的基本规格如下表所示。 图表 1 半导体硅片分类情况(单位:毫米,微米,平方厘米,克,英寸) 图表来源：本研究中心整理 由于缺乏统一定义，硅片尺寸的过渡时间无法达成共识，其中有一种观点认为累积硅片的出货量超过100万片时，表示该硅片尺寸应进入下一阶段。实际上如英特尔等总是领先其他业者，率先采用更大尺寸的硅片。 现将SEMI于2006年的说法，全球硅片尺寸的过渡时间表列于如下：4英寸硅片于1986年；6英寸于1992年；8英寸于1997年及12英寸于2005年。而如果依英特尔的芯片生产线建设（见intel’s all fab list），它的3英寸生产线建于1972年FAB2；4英寸生产线建于1973年FAB4；6英寸生产线建于1978年FAB5；8英寸生产线建于1992年FAB15；第一条12英寸生产线建于2002年FAB12 in Hillsboro，与IBM同步。 业界较为公认的说法是，1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代是6英寸占主流，2000年代是8英寸占主流，到2002年时英特尔与IBM率先建12英寸生产线，到2005年12英寸硅片已占总硅片的20%，到2008年占30%，而那时 《模拟集成电路设计》复习 答疑安排： 第13周星期二（5月29日），上午9:00-11:30，下午14:30-17:00，工三310 考试题型： 七道大题：第2章一题，第3、4章各两题，第5章一题，第6、7章共一题 考试注意事项： 所有题目采用课本P32表2.1的数据，V DD=3V，C OX=3.84 10-7F/cm2，忽略漏/源横向扩散长度L D。试题会给出所需参数值。 时刻区分大信号、小信号。 时刻注意是否考虑二级效应。 题目有“推导”两字时，需给出求解过程。 必考：画小信号等效电路 复习题 例2.2补充问题：（1）分析MOS工作区间变化情况；（2）画出I D-V DS 曲线；（3）推导线性区跨导表达式。 习题2.2注意：跨导的单位。 习题2.3补充问题：给定参数值，计算本征增益的数值。注意：画曲线时需考虑λ与L的关系。 例3.5 补充问题：画出图3.21(b)电路的小信号等效电路，推导增益表达式。 习题3.2问题（b）删去。补充问题：求R out。 习题3.12解题思路：I1→V out→V GS2→(W/L)2→A v 习题3.14 输出摆幅=V DD-V OD1-|V OD2|。 解题思路：A v，R out→g m1→(W/L)1→V OD1→|V OD2|→(W/L)2 第4章课件第49页的题目差模增益-g m1(r o1||r o3)，共模增益0，共模抑制比+∞ 例4.6 习题4.18 只要求图4.38(a)-(d)。补充问题：画出半边电路。注意：画半边电路时去掉电流源M5。 习题4.25 计算过驱动电压V OD时忽略沟道长度调制效应。注意双端输出摆幅为单端时的2倍。 习题5.1问题（e）删去。问题（c）和（d）有简单的计算方法。 习题5.5问题（b）（c）删去。λ=0。 例6.4补充问题：画出低频小信号等效电路，推导低频小信号增益；写出C D、C S分别包含哪些MOS电容。 习题6.9 只要求图6.39(a)(b)(c)。 例7.11只计算热输入参考噪声电压。 习题7.11补充问题：推导小信号增益。 一、单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。 日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。 目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨～7000吨。未来几年中， 世界半导体公司排名———详细 25大半导体厂商排名（2006年统计数据）： 1. 英特尔，营收额313.59亿美元 2. 三星，营收额192.07亿美元 3. 德州仪器，营收额128.32亿美元 4. 东芝，营收额101.66亿美元 5. 意法半导体，营收99.31亿美元 6. Renesas科技，营收82.21亿美元 7. AMD，营收额74.71亿美元 8. Hynix，营收额73.65亿美元 9. NXP，营收额62.21亿美元 10.飞思卡尔，营收额60.59亿美元 11. NEC，营收额56.96亿美元 12. Qimonda，营收额55.49亿美元 13. Micron，营收额52.90亿美元 14. 英飞凌，营收额51.95亿美元 15. 索尼，营收额48.75亿美元 16. 高通，营收额44.66亿美元 17. 松下，营收额41.24亿美元 18. Broadcom，营收额36.57亿美元 19. 夏普，营收额34.76亿美元 20. Elpida，营收额33.54亿美元 21. IBM微电子，营收额31.51亿美元 22. Rohm，营收额29.64亿美元 23. Spansion，营收额26.17亿美元 24. Analog Device，营收额25.99亿美元 25. nVidia，营收额24.75亿美元 飞思卡尔介绍： 飞思卡尔半导体是全球领先的半导体公司，为汽车、消费、工业、网络和无线市场设计并制造嵌入式半导体产品。这家私营企业总部位于德州奥斯汀，在全球30多个国家和地区拥有设计、研发、制造和销售机构。 产品领域： 嵌入式处理器 汽车集成电路 集成通信处理器 适用于2.5G 和3G无线基础设施的射频功率晶体管 基于StarCore? 技术的数字信号处理器(DSP) 下列领域处于领先地位： 8位、16位和32位微控制器 可编程的DSP 无线手持设备射频微处理器 基于Power Architecture?技术的32位嵌入式产品 50多年来，飞思卡尔一直是摩托罗拉下属机构，2004年7月成为独立企业开始了新的生活。此后，公司在董事长兼首席执行官Michel Mayer的领导下，努力提高财务业绩，打造企业文化，构筑全球品牌。 意法半导体（ST）集团介绍 哈尔滨理工大学数字集成电路设计实验报告 学院：应用科学学院 专业班级：电科12 - 1班 学号：32 姓名：周龙 指导教师：刘倩 2015年5月20日 实验一、反相器版图设计 1.实验目的 1）、熟悉mos晶体管版图结构及绘制步骤； 2）、熟悉反相器版图结构及版图仿真； 2. 实验内容 1）绘制PMOS布局图； 2）绘制NMOS布局图； 3）绘制反相器布局图并仿真； 3. 实验步骤 1、绘制PMOS布局图： (1) 绘制N Well图层；(2) 绘制Active图层； (3) 绘制P Select图层； (4) 绘制Poly图层； (5) 绘制Active Contact图层；(6) 绘制Metal1图层； (7) 设计规则检查；(8) 检查错误； (9) 修改错误； (10)截面观察； 2、绘制NMOS布局图： (1) 新增NMOS组件；(2) 编辑NMOS组件；(3) 设计导览； 3、绘制反相器布局图： (1) 取代设定；(2) 编辑组件；(3) 坐标设定；(4) 复制组件；(5) 引用nmos组件；(6) 引用pmos组件；(7) 设计规则检查；(8) 新增PMOS基板节点组件；(9) 编辑PMOS基板节点组件；(10) 新增NMOS基板接触点； (11) 编辑NMOS基板节点组件；(12) 引用Basecontactp组件；(13) 引用Basecontactn 组件；(14) 连接闸极Poly；(15) 连接汲极；(16) 绘制电源线；(17) 标出Vdd 与GND节点；(18) 连接电源与接触点；(19) 加入输入端口；(20) 加入输出端口；(21) 更改组件名称；(22) 将布局图转化成T-Spice文件；(23) T-Spice 模拟； 4. 实验结果 nmos版图 单晶硅电磁片生产工艺流程 ?1、硅片切割，材料准备： ?工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。 ?2、去除损伤层： ?硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。 ? ? 3、制绒： ?制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。 ? 4、扩散制结： ?扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。 ? 5、边缘刻蚀、清洗： ?扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。 目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。 ? 6、沉积减反射层： ?沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN 作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。 ? 7、丝网印刷上下电极： ?电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电 1、 研究模拟集成电路的重要性：（1）首先，MOSFET 的特征尺寸越来越小，本征速度越来 越快；（2）SOC 芯片发展的需求。 2、 模拟设计困难的原因：（1）模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多 种因素间进行折衷，而数字电路只需在速度和功耗之间折衷；（2）模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要敏感得多；（3）器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要严重得多；（4）高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都是自动综合和布局的。 3、 鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。所谓“鲁棒性”， 是指控制系统在一定的参数摄动下，维持某些性能的特性。 4、 版图设计过程：设计规则检查（DRC ）、电气规则检查（ERC ）、一致性校验（LVS ）、RC 分布参数提取 5、 MOS 管正常工作的基本条件是:所有衬源（B 、S ）、衬漏（B 、D ）pn 结必须反偏 6、 沟道为夹断条件： ?GD GS DS T DS GS TH H V =V -≤V V V -V ≥V 7、 （1）截止区：Id=0；Vgs CMOS数字集成电路设计课程设计报告 学院：****** 专业：****** 班级：****** 姓名：Wang Ke qin 指导老师：****** 学号：****** 日期：2012-5-30 目录 一、设计要求 (1) 二、设计思路 (1) 三、电路设计与验证 (2) (一)1位全加器的电路设计与验证 (2) 1)原理图设计 (2) 2)生成符号图 (2) 3)建立测试激励源 (2) 4)测试电路 (3) 5)波形仿真 (4) (二)4位全加器的电路设计与验证 (4) 1)原理图设计 (4) 2)生成符号图 (5) 3)建立测试激励源 (5) 4)测试电路 (6) 5)波形仿真 (6) (三)8位全加器的电路设计与验证 (7) 1)原理图设计 (7) 2)生成符号图 (7) 3)测试激励源 (8) 4)测试电路 (8) 5)波形仿真 (9) 6)电路参数 (11) 四、版图设计与验证 (13) (一)1位全加器的版图设计与验证 (13) 1)1位全加器的版图设计 (13) 2)1位全加器的DRC规则验证 (14) 3)1位全加器的LVS验证 (14) 4)错误及解决办法 (14) (二)4位全加器的版图设计与验证 (15) 1)4位全加器的版图设计 (15) 2)4位全加器的DRC规则验证 (16) 3)4位全加器的LVS验证 (16) 4)错误及解决办法 (16) (三)8位全加器的版图设计与验证 (17) 1)8位全加器的版图设计 (17) 2)8位全加器的DRC规则验证 (17) 3)8位全加器的LVS验证 (18) 4)错误及解决办法 (18) 五、设计总结 (18) 2020年半导体硅片专题研究：12英寸、8英寸硅片迎来黄金机会、从日本半导体产业发展看我国崛起之路 目录 1.万丈高楼从地起，半导体产业始于硅片 (4) 1.1 半导体硅片生产 (5) 1.1.1 单晶硅生长技术是关键技术之一 (5) 1.1.2 从“锭”到“片” (6) 1.2 半导体硅片持续进化 (7) 1.2.1 硅片向大尺寸迭代 (7) 1.2.2 各尺寸硅片满足各种需求 (9) 2.终端市场回暖，需求沿产业链传导 (9) 2.1 12英寸硅片需求增长势头强劲 (10) 2.1.1 存储芯片成12英寸硅片需求增长重要推力之一 (11) 2.1.2 半导体行业持续景气，12英寸硅片需求强劲 (11) 2.2 8英寸硅片再次迎来黄金机会 (12) 2.2.1新能源汽车、车联网等拉动汽车电子增长 (13) 2.2.2工业物联网 (14) 2.2.3 8英寸晶圆代工厂需求持续增大 (15) 3.硅片扩产长路漫漫，硅片产能利用率将保持在高位 (16) 3.1 12英寸硅片产能从过剩到紧缺 (17) 3.2 8英寸硅片扩产面临限制 (18) 4.从日本半导体产业发展看我国崛起之路 (18) 4.1 产业转移成就日本半导体产业发展 (18) 4.2 我国硅片产业目标明确，走出坚定步伐 (20) 5.新冠疫情已成为最大X因素 (24) 6.投资建议 (24) 7.风险提示 (25) 插图目录 图 1：2016-2018全球晶圆制造材料市场结构（单位：亿美元） (5) 图 2：2018年全球晶圆制造材料细分产品拆解 (5) 图 3：硅片生产流程 (5) 图 4：直拉单晶硅生长示意图 (6) 图 5：各种类硅片 (7) 图 6：硅片尺寸发展历史 (8) 图 7：2015-2021年全球12寸硅片市场占比情况及预测 (8) 图 8：2007年至2019年全球硅片面积出货量（百万平方英寸） (9) 图 9：2020年半导体出货量占比情况 (9) 图 10：半导体出货量 (10) 图 11：NAND闪存应用份额 (11) 图 12：2018年12英寸硅片下游应用占比 (11) 图 13：12英寸硅片需求预测（百万片/月） (12) 图 14：2018年8英寸硅片下游应用占比 (13) 图 15：中国新能源汽车销售量（2014-2019） (14) 图 16：车联网示意图 (14) 图 17：工业互联网产值预测(单位：十亿美元) (15) 图 18：8英寸晶圆厂产能展望 (16) 福州大学物信学院 《集成电路版图设计》 实验报告 姓名：席高照 学号：111000833 系别：物理与信息工程 专业：微电子学 年级：2010 指导老师：江浩 一、实验目的 1.掌握版图设计的基本理论。 2.掌握版图设计的常用技巧。 3.掌握定制集成电路的设计方法和流程。 4.熟悉Cadence Virtuoso Layout Edit软件的应用 5.学会用Cadence软件设计版图、版图的验证以及后仿真 6.熟悉Cadence软件和版图设计流程，减少版图设计过程中出现的错误。 二、实验要求 1.根据所提供的反相器电路和CMOS放大器的电路依据版图设计的规则绘制电路的版图，同时注意CMOS查分放大器电路的对称性以及电流密度（通过该电路的电流可能会达到5mA） 2.所设计的版图要通过DRC、LVS检测 三、有关于版图设计的基础知识 首先，设计版图的基础便是电路的基本原理，以及电路的工作特性，硅加工工艺的基础、以及通用版图的设计流程，之后要根据不同的工艺对应不同的设计规则，一般来说通用的版图设计流程为①制定版图规划记住要制定可能会被遗忘的特殊要求清单②设计实现考虑特殊要求及如何布线创建组元并对其进行布局③版图验证执行基于计算机的检查和目视检查，进行校正工作④最终步骤工程核查以及版图核查版图参数提取与后仿真 完成这些之后需要特别注意的是寄生参数噪声以及布局等的影响，具体是电路而定，在下面的实验步骤中会体现到这一点。 四、实验步骤 I.反相器部分： 反相器原理图： 反相器的基本原理：CMOS反相器由PMOS和NMOS构成，当输入高电平时，NMOS导通，输出低电平，当输入低电平时，PMOS导通，输出高电平。 注意事项： （1）画成插齿形状，增大了宽长比，可以提高电路速度 （2）尽可能使版图面积最小。面积越小，速度越高，功耗越小。 （3）尽可能减少寄生电容和寄生电阻。尽可能增加接触孔的数目可以减小接触电阻。（4）尽可能减少串扰，电荷分享。做好信号隔离。 反相器的版图： 原理图电路设计： 整体版图：一文看懂半导体硅片所有猫腻
cmos模拟集成电路设计实验报告
硅片生产工艺技术流程
中国半导体硅片外延片行业发展概述
《模拟集成电路设计》复习
晶体硅的生产过程
世界著名半导体(芯片)公司--详细
数字集成电路设计实验报告
单晶硅片制作工艺流程
模拟集成电路复习
CMOS数字集成电路设计_八位加法器实验报告
2020年半导体硅片专题研究：12英寸、8英寸硅片迎来黄金机会、从日本半导体产业发展看我国崛起之路
福州大学集成电路版图设计实验报告
相关主题
文本预览