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集成电路设计与制造技术作业指导书第1章集成电路设计基础 (3)1.1 集成电路概述 (3)1.1.1 集成电路的定义与分类 (3)1.1.2 集成电路的发展历程 (3)1.2 集成电路设计流程 (4)1.2.1 设计需求分析 (4)1.2.2 设计方案制定 (4)1.2.3 电路设计与仿真 (4)1.2.4 布局与布线 (4)1.2.5 版图绘制与验证 (4)1.2.6 生产与测试 (4)1.3 设计规范与工艺限制 (4)1.3.1 设计规范 (4)1.3.2 工艺限制 (4)第2章基本晶体管与MOSFET理论 (5)2.1 双极型晶体管 (5)2.1.1 结构与工作原理 (5)2.1.2 基本特性 (5)2.1.3 基本应用 (5)2.2 MOSFET晶体管 (5)2.2.1 结构与工作原理 (5)2.2.2 基本特性 (5)2.2.3 基本应用 (5)2.3 晶体管的小信号模型 (5)2.3.1 BJT小信号模型 (6)2.3.2 MOSFET小信号模型 (6)2.3.3 小信号模型的应用 (6)第3章数字集成电路设计 (6)3.1 逻辑门设计 (6)3.1.1 基本逻辑门 (6)3.1.2 复合逻辑门 (6)3.1.3 传输门 (6)3.2 组合逻辑电路设计 (6)3.2.1 组合逻辑电路概述 (6)3.2.2 编码器与译码器 (6)3.2.3 多路选择器与多路分配器 (6)3.2.4 算术逻辑单元（ALU） (7)3.3 时序逻辑电路设计 (7)3.3.1 时序逻辑电路概述 (7)3.3.2 触发器 (7)3.3.3 计数器 (7)3.3.5 数字时钟管理电路 (7)第4章集成电路模拟设计 (7)4.1 放大器设计 (7)4.1.1 放大器原理 (7)4.1.2 放大器电路拓扑 (7)4.1.3 放大器设计方法 (8)4.1.4 放大器设计实例 (8)4.2 滤波器设计 (8)4.2.1 滤波器原理 (8)4.2.2 滤波器电路拓扑 (8)4.2.3 滤波器设计方法 (8)4.2.4 滤波器设计实例 (8)4.3 模拟集成电路设计实例 (8)4.3.1 集成运算放大器设计 (8)4.3.2 集成电压比较器设计 (8)4.3.3 集成模拟开关设计 (8)4.3.4 集成模拟信号处理电路设计 (8)第5章集成电路制造工艺 (9)5.1 制造工艺概述 (9)5.2 光刻工艺 (9)5.3 蚀刻工艺与清洗技术 (9)第6章硅衬底制备技术 (10)6.1 硅材料的制备 (10)6.1.1 硅的提取与净化 (10)6.1.2 高纯硅的制备 (10)6.2 外延生长技术 (10)6.2.1 外延生长原理 (10)6.2.2 外延生长设备与工艺 (10)6.2.3 外延生长硅衬底的应用 (10)6.3 硅片加工技术 (10)6.3.1 硅片切割技术 (10)6.3.2 硅片研磨与抛光技术 (10)6.3.3 硅片清洗与检验 (10)6.3.4 硅片加工技术的发展趋势 (11)第7章集成电路中的互连技术 (11)7.1 金属互连 (11)7.1.1 金属互连的基本原理 (11)7.1.2 金属互连的制备工艺 (11)7.1.3 金属互连的功能评价 (11)7.2 多层互连技术 (11)7.2.1 多层互连的原理与结构 (11)7.2.2 多层互连的制备工艺 (11)7.2.3 多层互连技术的挑战与发展 (11)7.3.1 铜互连技术 (12)7.3.2 低电阻率金属互连技术 (12)7.3.3 低电阻互连技术的发展趋势 (12)第8章集成电路封装与测试 (12)8.1 封装技术概述 (12)8.1.1 封装技术发展 (12)8.1.2 封装技术分类 (12)8.2 常见封装类型 (12)8.2.1 DIP封装 (12)8.2.2 QFP封装 (13)8.2.3 BGA封装 (13)8.3 集成电路测试方法 (13)8.3.1 功能测试 (13)8.3.2 参数测试 (13)8.3.3 可靠性测试 (13)8.3.4 系统级测试 (13)第9章集成电路可靠性分析 (13)9.1 失效机制 (13)9.2 热可靠性分析 (14)9.3 电可靠性分析 (14)第10章集成电路发展趋势与展望 (14)10.1 先进工艺技术 (14)10.2 封装技术的创新与发展 (14)10.3 集成电路设计方法学的进展 (15)10.4 未来集成电路的发展趋势与挑战 (15)第1章集成电路设计基础1.1 集成电路概述1.1.1 集成电路的定义与分类集成电路（Integrated Circuit，IC）是指在一个半导体衬底上，采用一定的工艺技术，将一个或多个电子电路的组成部分集成在一起，以实现电子器件和电路的功能。
集成电路制造工艺第1章绪论1.1 课题背景在过去的的几十年里，一个以计算机、互联网、无线通信和全球定位系统为组成部分的信息社会逐渐形成。
这个信息社会的核心部分是由众多内建于系统中的细小集成电路（IC）芯片支持和构成的。
集成电路广泛应用于生活中的各个领域—诸如消费类产品、家庭用品、汽车、信息技术、电信、媒体、军事和空间应用。
结合纳米技术，持续不断的研究和开发即将使得集成电路更小和更强有力。
在可见的未来，计算机的尺寸将缩小到指甲盖大小，达到集成电路在尺寸、速度、价格及功耗方面实际可能的极限。
1.2 集成电路制造工艺发展概况随着硅平面工艺技术的不断完善和发展，到1958年，诞生了第一块集成电路，也就是小规模集成电路（SSL）；到了20世纪60年代中期，出现了中规模集成电路（MSL）；20世纪70年代前期，出现了大规模集成电路（LSL）；20世纪70年代后期又出现了超大规模集成电路（VLSL）；到了20世纪90年代就出现了特大规模集成电路（ULSL）。
集成电路的制造工艺流程十分复杂，而且不同的种类、不同的功能、不同的结构的集成电路，其制造工艺的流程也不一样。
人们常常以最小线宽（特征尺寸）、硅晶圆片的直径和动态随机存取存储器（DRAM）的容量，来评价集成电路制造工艺的发展水平。
在表1-1中列出了从1995年到2010年集成电路的发展情况和展望。
表1-1 集成电路的发展情况和展望年代1995 1998 2001 2004 2007 2010 特征尺寸/um 0.35 0.25 0.18 0.13 0.09 0.065DRAM容量/bit 64M 256M 1G 4G 16G 64G微处理器尺寸/mm²250 300 360 430 520 620DRAM尺寸/mm²190 280 420 640 960 1400 逻辑电路晶体管密度（晶体管数）/个4M 7M 13M 25M 50M 90M 高速缓冲器/（bit/cm²）2M 6M 20M 50M 100M 300M最大硅晶圆片直径/mm 200 200 300 300 400 400第2章半导体集成电路制造工艺流程2.1 概括本章以大量精美的图片、图表及具体详实的数据详细描述了集成电路制造的全过程。
第一章 绪论1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2．集成电路分类情况如何？⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS双极型单片集成电路按结构分类集成电路3．微电子学的特点是什么？微电子学：电子学的一门分支学科微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。
微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。
微电子学是信息领域的重要基础学科微电子学是一门综合性很强的边缘学科涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等4．列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。
集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
5．用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。
集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。
纳米集成电路制造工艺(第2版)
一、制造工艺基础
纳米集成电路制造工艺是基于微电子学原理，通过一系列复杂的物理和化学过程，将设计好的电路结构精确地制造出来。
这个过程中，每个步骤都必须严格控制，以保证最终产品的性能和可靠性。
二、薄膜制备技术
薄膜制备是制造工艺中的重要环节，它决定了集成电路的基本性能。
目前，主要的制备技术包括化学气相沉积、物理气相沉积和外延生长等。
这些技术可以根据需要，制备出不同材料、不同厚度的薄膜。
三、图形转移技术
图形转移是将设计好的电路图形转移到半导体衬底上的过程。
这个过程中，光刻技术是最关键的技术，它决定了电路的精度和分辨率。
目前，高级光刻技术如EUV光刻、纳米压印光刻等已经成为主流。
四、掺杂与离子注入
掺杂是将杂质原子引入半导体材料中的过程，以改变材料的导电性质。
离子注入是实现掺杂的一种方法，它通过将杂质离子加速到足够高的能量，然后注入到材料中。
这个过程对控制杂质分布和浓度非常重要。
五、刻蚀与平坦化
刻蚀是将不需要的材料去除的过程，平坦化是减小材料表面粗糙度的过程。
这两个过程对于实现精细的电路结构和保证电路性能至关重要。
先进的刻蚀和平坦化技术如等离子刻蚀、化学机械平坦化等已经被广泛应用。
六、金属化与互连
金属化是形成电路导线的关键过程，互连是将不同层次的电路连接起来的过程。
这个过程中，需要选择合适的金属材料和工艺条件，以保证导线的导电性能和可靠性。
1.什么是半导体制造中的玷污？
玷污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害微芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。
2.说明净化间的主要玷污。
颗粒
金属杂质
有机物玷污
自然氧化层
静电释放（ESD）
3.什么是有机玷污？
有机物玷污是指那些包含碳的物质,几乎总是同碳自身及氢结合在一起,有时也和其他元素结合在一起。
有机物玷污的一些来源包括细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气。
现在用于硅片加工的设备用不需要润滑剂的组件来设计，例如，无油润滑泵和轴承等。
4.什么是自然氧化层？自然氧化层会引起哪些问题？
如果暴露于室温下的空气或含溶解氧的去离子水中，硅片的表面将被氧化，这一薄氧化层称为自然氧化层。
自然氧化层将妨碍其他工艺步骤，如硅片上单晶薄膜的生长和超薄氧化层的生长。
自然氧化层也包含了某些杂质，他们可以向硅中转移并形成电学缺陷。
自然氧化层引起的另一个问题在于金属导体的接触区。
接触使得互连线和半导体器件的源区及漏区保持电学连接，如果有自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚者可能阻止电流流过。
5.解释静电释放。
静电释放(ESD)也是一种形式的玷污,因为它是静电荷从一个物体向另一物体未经控制地转移,可能损坏微芯片。
ESD产生于两种不同静电势的材料接触或摩擦，带过剩余电荷的原子被向相邻的带正电荷的原子吸引了。
6.解释空气质量净化级别。
净化级标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的。
这一数字描绘了要如何控制颗粒以减少颗粒玷污。
净化级别起源于美国联邦标准209，209E。
净化间级别仅用颗粒来说明，例如1级净化间，则只接受1个0.5μm的颗粒。
这意味着每立方英尺中尺寸等于或大于0.5 μm的颗粒最多允许1个。
对于尺寸不同于0.5 μm的颗粒，净化间级别应该表达为具体颗粒尺寸的净化级别。
例如：10级0.2 μm和10级0.1 μm。
7.硅片清洗的主要工艺是什么工艺？
化学湿法清洗
8.什么是RCA清洗工艺？
是由美国无线电公司（RCA）的W．Kern和D．Puotinen于1970年提出的，主要由过氧化氢和碱组成的1号标准清洗液（SC-1）以及由过氧化氢和酸组成的2号标准清洗液（SC-2）进行一系列有序的清洗。
9.用于SC-1中的化学配比是什么？SC-1去除什么玷污？
NH4OH/H2O2/H2O。
去除颗粒和有机物。
10.SC-1湿法清洗是如何去除硅片表面颗粒的？
SC-1清洗液是碱性溶液，主要通过氧化颗粒或电学排斥作用。
H2O2是强氧化剂，能氧化硅片表面和颗粒。
颗粒上的氧化层能提供消散机制，分裂并溶解颗粒，能破化颗粒和硅片表面之间的附着力。
SC-1的颗粒去除机制实际上是以颗粒的电学排斥来实现的。
11.用于SC-2中的化学配比是什么？SC-2去除什么玷污？
HCl/H2O2/H2O。
去除金属杂质。
12.常用的清洗设备是什么？
超声波清洗设备。
