半導(dǎo)體集成電路課程教學(xué)大綱

1、半導(dǎo)體集成電路課程教學(xué)大綱（包括集成電路制造基礎(chǔ)和集成電路原理及設(shè)計(jì)兩門課程）集成電路制造基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱課程名稱：集成電路制造基礎(chǔ)英文名稱： The Foundation of Intergrate Circuit Fabrication課程類別：專業(yè)必修課總學(xué)時(shí)： 32學(xué)分： 2適應(yīng)對(duì)象：電子科學(xué)與技術(shù)本科學(xué)生一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)：本課程為高等學(xué)校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生必修的一門工程技術(shù)專業(yè)課。半導(dǎo)體科學(xué)是一門近幾十年迅猛發(fā)展起來(lái)的重要新興學(xué)科，是計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、通訊、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等信息科學(xué)的基礎(chǔ)，而半導(dǎo)體工藝主要討論集成電路的制造、加工技術(shù)以及制造中涉及的原材料的制備，是現(xiàn)今

2、超大規(guī)模集成電路得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)，與現(xiàn)代信息科學(xué)有著密切的聯(lián)系。 本課程的目的和任務(wù)：通過(guò)半導(dǎo)體工藝的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)、 基本方法和技能，對(duì)半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體集成電路制造工藝及原理有一個(gè)較為完整和系統(tǒng)的概念，了解集成電路制造相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝，使學(xué)生具有一定工藝分析和設(shè)計(jì)以及解決工藝問(wèn)題和提高產(chǎn)品質(zhì)量的能力。并為后續(xù)相關(guān)課程奠定必要的理論基礎(chǔ)，為學(xué)生今后從事半導(dǎo)體集成電路的生產(chǎn)、制造和設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求：1、掌握硅的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解缺陷和非摻雜雜質(zhì)的概念及對(duì)襯底材料的影響；了解晶體生長(zhǎng)技術(shù)（直拉法、區(qū)熔法） ，在芯片加

3、工環(huán)節(jié)中，對(duì)環(huán)境、水、氣體、試劑等方面的要求；掌握硅圓片制備及規(guī)格，晶體缺陷，晶體定向、晶體研磨、拋光的概念、原理和方法及控制技術(shù)。2、掌握 SiO2 結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，硅的熱氧化，影響氧化速率的因素，氧化缺陷，掩蔽擴(kuò)散所需最小 SiO2 層厚度的估算；了解 SiO2 薄膜厚度的測(cè)量方法。3、掌握雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)理，擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散方程，擴(kuò)散雜質(zhì)分布；了解常用擴(kuò)散工藝及系統(tǒng)設(shè)備。4、掌握離子注入原理、特點(diǎn)及應(yīng)用；了解離子注入系統(tǒng)組成，濃度分布，注入損傷和退火。5、掌握濺射、蒸發(fā)原理，了解系統(tǒng)組成，形貌及臺(tái)階覆蓋問(wèn)題的解決。6、掌握硅化學(xué)汽相淀積（ CVD）基本化學(xué)過(guò)程及動(dòng)力學(xué)原理，了解各種不同材料、不同模式

4、CVD方法系統(tǒng)原理及構(gòu)造。7、掌握外延生長(zhǎng)的基本原理；理解外延缺陷的生成與控制方法；了解硅外延發(fā)展現(xiàn)狀及外延參數(shù)控制技術(shù)。8、掌握光刻工藝的原理、方法和流程，掩膜版的制造以及刻蝕技術(shù)（干法、濕法）的原理、特點(diǎn)，光刻技術(shù)分類；了解光刻缺陷控制和檢測(cè)以及光刻工藝技術(shù)的最新動(dòng)態(tài)。9、掌握金屬化原理及工藝技術(shù)方法；理解ULSI的多層布線技術(shù)對(duì)金屬性能的基本要求，用Cu 布線代替A1 的優(yōu)點(diǎn)、必要性；了解鋁、銅、低k 材料的應(yīng)用。10、掌握雙極、CMOS工藝步驟；了解集成電路的隔離工藝，集成電路制造過(guò)程中質(zhì)量管理基礎(chǔ)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)技術(shù)應(yīng)用和生產(chǎn)的過(guò)程控制技術(shù)。三、課程內(nèi)容：1、介紹超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的

5、歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)；硅的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；微電子加工環(huán)境要求、單晶硅的生長(zhǎng)技術(shù)（直拉法、 區(qū)熔法） 和襯底制備 （硅圓片制備及規(guī)格，晶體缺陷，硅中雜質(zhì)和硅單晶的整形、定向及拋光工藝）。2、 SiO2 結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，硅的熱氧化工藝原理、設(shè)備及工藝技術(shù)，影響氧化速率的因素，氧化缺陷，掩蔽擴(kuò)散所需最小 SiO2 層厚度的估算， SiO2 薄膜厚度的測(cè)量。3、雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)理，擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散方程，擴(kuò)散雜質(zhì)分布，常用擴(kuò)散工藝及系統(tǒng)設(shè)備以及工藝特點(diǎn)、雜質(zhì)分布的影響因素。4、離子注入摻雜工藝原理，濃度分布及影響因素，離子注入系統(tǒng)組成，注入損傷和退火，離子注入特點(diǎn)及應(yīng)用。5、真空技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，真空系統(tǒng)組成，等離子

6、體基本原理及應(yīng)用。蒸發(fā)和濺射系統(tǒng)組成及工作原理，形貌及臺(tái)階覆蓋問(wèn)題的解決。6、化學(xué)汽相淀積（CVD）基本化學(xué)過(guò)程及動(dòng)力學(xué)原理，不同材料、不同模式CVD方法系統(tǒng)原理及構(gòu)造，簡(jiǎn)要介紹多晶硅、二氧化硅等CVD原理、方法以及工藝。7、外延（同質(zhì)、異質(zhì)）機(jī)理和工藝技術(shù)及其裝置與質(zhì)量控制，外延層雜質(zhì)濃度分布、外延缺陷控制及外延厚度和電阻率的測(cè)量。8、光刻工藝的原理、流程、方法及特點(diǎn)，光刻缺陷控制及檢測(cè)，光刻技術(shù)分類（光學(xué)光刻，非光學(xué)光刻）；最新的光刻工藝技術(shù)動(dòng)態(tài)，紫外線、X 射線和電子束曝光等光刻進(jìn)展以及掩膜制備；刻蝕分類（濕法刻蝕、干法刻蝕），常用刻蝕液組成及應(yīng)用，干法刻蝕系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)組成。了解半導(dǎo)體

7、生產(chǎn)中常用材料的刻蝕技術(shù)。9、金屬化與布線技術(shù)（ULSI 集成電路對(duì)金屬性能的基本要求，鋁、銅、低k 材料的應(yīng)用和工藝技術(shù)方法，布線技術(shù)）10、雙極、 CMOS工藝技術(shù)方法及工藝流程；集成電路制造過(guò)程中質(zhì)量管理基礎(chǔ)知識(shí)，統(tǒng)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)的過(guò)程控制技術(shù)。四、學(xué)時(shí)分配：項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)講課習(xí)題課討論課其他合計(jì)學(xué)時(shí)數(shù)課1.集成電路制造技術(shù)概述112.硅的晶體結(jié)構(gòu)、襯底制備與加工環(huán)境43.氧化44.擴(kuò)散45.離子注入26.物理氣相淀積27.化學(xué)氣相淀積28.外延39.光刻510. 金屬化與布線技術(shù)211. 集成電路制造工藝集成2合計(jì)32五、課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求因?yàn)閷W(xué)校學(xué)時(shí)和設(shè)備條件限制，未開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程六、教材及參

8、考書(shū)：教材：硅集成電路工藝基礎(chǔ)，關(guān)旭東，北京大學(xué)出版社，2005參考書(shū)：1、半導(dǎo)體制造技術(shù)， （美） Michael Quirk,Julian Serda著，韓鄭生等譯，電子工業(yè)出版社， 2004 年1 月2、微電子制造科學(xué)原理與工程技術(shù)，（美） Stephen A.Campbell著，曾瑩嚴(yán)利人等譯，電子工業(yè)出版社，2003 年1 月3、芯片制造半導(dǎo)體工藝制程實(shí)用教程（第四版），（美） Peter Van Zant著，趙樹(shù)武等譯，電子工業(yè)出版社，2004 年10 月4、芯硅超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)：理論、實(shí)踐與模型，（美） James D.Plummer MichaelD.Deal Pete

9、r B.Griffin著，電子工業(yè)出版社，2003年 4 月七、說(shuō)明：該課程為集成電路中實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)類課程，建議結(jié)合微電子研究所現(xiàn)有條件(如超凈實(shí)驗(yàn)室、濺射儀等 )，盡快開(kāi)設(shè)出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程。該課程的先修課程為：量子力學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理。八、考核方法：考試九、制訂者：潘國(guó)峰集成電路原理及設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱課程名稱：集成電路原理及設(shè)計(jì)英文名稱： Principle and Design of Integrated Circiut課程類別：必修總學(xué)時(shí) 56 學(xué)時(shí)：（包括實(shí)驗(yàn)： 14 學(xué)時(shí)） 學(xué)分： 3.5 分適應(yīng)對(duì)象：電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)集成電路原理及設(shè)計(jì)是電

10、子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。該課程在 電路分析、模擬電路、數(shù)字電路 、半導(dǎo)體物理 等課程的基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地介紹半導(dǎo)體集成電路的基本原理、基本電路和基本分析方法。課程全部?jī)?nèi)容分為四部分：第一部分介紹集成電路的基礎(chǔ)知識(shí)和基本電路模型，第二部分主要介紹集成電路的具體元件構(gòu)成和功能模塊及其作用原理，第三部分討論集成電路的設(shè)計(jì)方法和步驟，并進(jìn)行上機(jī)模擬仿真練習(xí)。第四部分為實(shí)驗(yàn)，學(xué)生利用Tanner 集成電路設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真。二、教學(xué)基本要求集成電路原理及設(shè)計(jì)課程要求學(xué)生了解雙極性集成電路和MOS 集成電路的工藝特點(diǎn)；掌握雙極性集成電路中TTL 、ECL 、I2L 電路和 CMOS

11、集成電路的組成和工作原理；要求學(xué)生掌握集成電路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和近現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的差異以及典型的集成電路設(shè)計(jì)方法；掌握在 Tanner 系統(tǒng)中利用 Sedit 模塊進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)并對(duì)電路進(jìn)行直流分析、瞬態(tài)分析；利用 L edit 進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)，滿足設(shè)計(jì)規(guī)則，并進(jìn)行版圖與電路圖一致性的檢查，得到最終的版圖，并且對(duì)版圖進(jìn)行驗(yàn)證，提取相關(guān)參數(shù)。三、課程內(nèi)容第一部分集成電路的基礎(chǔ)知識(shí)和基本電路模型第一章 集成電路的基本制造工藝掌握集成電路的基本制造原理和工藝，了解MOS 與 Bi CMOS 的制作過(guò)程和工藝。第二章 集成電路中的晶體管及其寄生效應(yīng)掌握埃伯斯莫爾模型及其推導(dǎo)過(guò)程，理解有源和無(wú)源寄生效應(yīng)產(chǎn)生的原

12、因及影響。第三章 集成電路中的無(wú)源元件；掌握集成電阻器、集成電容器和互連在工藝上的處理方法。第二部分集成電路的具體元件構(gòu)成和功能模塊及其作用原理第四章 晶體管晶體管邏輯電路（TTL ）理解 TTL 電路在集成電路中的重要作用，了解各種簡(jiǎn)單TTL 電路的級(jí)連和作用以及TTL 電路的邏輯擴(kuò)展。第五章 發(fā)射級(jí)耦合邏輯（ ECL ）電路理解 ECL 電路的特點(diǎn)， ECL 電路的組成和工作原理，以及ECL 電路的邏輯擴(kuò)展功能。2第六章 集成注入邏輯（ I L ）電路理解 I 2L 單元電路的工作原理，電路正常工作的條件，電路邏輯組合以及工藝和版圖設(shè)計(jì)。第七章MOS 反相器掌握 MOS 反相器的作用和原理

13、，了解MOS 反相器的差異和功能以及邏輯功能擴(kuò)展。第八章MOS 基本邏輯單元掌握 MOS 基本單元電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，級(jí)聯(lián)級(jí)負(fù)載的設(shè)定方法，影響電氣和物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)因素， 以及各種邏輯類型的比較。掌握傳輸門的工作原理和特點(diǎn)，以及各種觸發(fā)器的原理。第九章MOS 邏輯功能部件掌握多路開(kāi)關(guān)、加法器、進(jìn)位鏈、算數(shù)單元以及寄存器的工作原理。第十章存儲(chǔ)器掌握存儲(chǔ)器的分類，各種存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理，特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，未來(lái)存儲(chǔ)器的發(fā)展方向。第十一章接口電路掌握雙極型集成電路之間的接口電路，TTL 和 MOS 邏輯系列之間的接口電路，掌握接口電路的構(gòu)成和工作原理。第三部分集成電路的設(shè)計(jì)方法和步驟第十七章集成電路設(shè)計(jì)概述

14、掌握集成電路正向設(shè)計(jì)的原則，了解MOS 和雙極型電路的設(shè)計(jì)方法。第十八章集成電路的工藝模擬和器件物理特性的模擬掌握工藝模擬的作用和工藝模擬的求解方法和器件模型。第二十章集成電路設(shè)計(jì)方法掌握集成電路定制設(shè)計(jì)方法的思想和原則，理解全定制和半定制的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)Tanner 系統(tǒng)掌握 S edit 模塊建立電路圖的方法，以及對(duì)電路圖進(jìn)行各種分析的方法；掌握利用Ledit 建立版圖的方法以及版圖設(shè)計(jì)中的規(guī)則。四、學(xué)時(shí)分配： （總 56 學(xué)時(shí)，授課 42 學(xué)時(shí)）章節(jié)內(nèi)容學(xué)時(shí)第一章集成電路的基本制造工藝2第二章集成電路中晶體管及其寄生效應(yīng)4第三章集成電路中的無(wú)源元件2第四章晶體管晶體管邏輯（ TTL ）電

15、路4習(xí)題課第二章、第四章習(xí)題講解2第五章發(fā)射極耦合邏輯（ ECL ）電路2第六章集成注入邏輯（ I 2L ）電路2第七章MOS 反相器4習(xí)題課第六章、第七章習(xí)題解析2第八章MOS 基本邏輯單元第九章MOS 邏輯功能部件第十章存儲(chǔ)器第十一章接口電路第十七章集成電路設(shè)計(jì)概述第二十章集成電路設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)Tanner 介紹總復(fù)習(xí)課程內(nèi)容重點(diǎn)回顧與總復(fù)習(xí)五、課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求（實(shí)驗(yàn)14 學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)使用 S Edit設(shè)利用 S-edit 建立簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)一計(jì)簡(jiǎn)單邏輯電邏輯電路2路簡(jiǎn)單邏輯電路對(duì)反相器進(jìn)行瞬時(shí)分析實(shí)驗(yàn)二的瞬時(shí)分析和和直流分析2直流分析全加器電路設(shè)利用 S-edit 建立全加器實(shí)

16、驗(yàn)三計(jì)與瞬時(shí)分析電路，并對(duì)全加器電路2實(shí)驗(yàn)進(jìn)行瞬態(tài)特性分析四位加法器電在 S-edit 中進(jìn)行四位加實(shí)驗(yàn)四路設(shè)計(jì)與仿真法器的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行電2路性能分析使用 L Edit畫利用 L-edit 模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)五PMOS布局圖PMOS 的簡(jiǎn)單布局2使用 L Edit畫利用 L-edit 模塊進(jìn)行反實(shí)驗(yàn)六反相器布局圖相器的簡(jiǎn)單布局2四位加法器標(biāo)利用自動(dòng)布局布線實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)七準(zhǔn)原件自動(dòng)配版圖的設(shè)計(jì)2置與繞線42222222實(shí)驗(yàn)要求掌握 S-edit 的工作環(huán)境以及電路圖的建立方法根據(jù)電路圖進(jìn)行電路性能分析，并且掌握電路構(gòu)成和性能之間的關(guān)系掌握全加器電路的構(gòu)成， 工作原理，以及瞬態(tài)特性掌握四位加法器的電路構(gòu)成，

17、工作原理以及電路的特性。掌握 L-edit 進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)的方法，以及個(gè)圖層的含義和設(shè)計(jì)規(guī)則。掌握 L-edit 進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)的方法，以及個(gè)圖層的含義和設(shè)計(jì)規(guī)則。掌握四位全加器自動(dòng)配置和繞線的方法， 并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，保證版圖和電路圖的一致性。通過(guò)本課程實(shí)驗(yàn)部分的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握集成電路設(shè)計(jì)軟件的使用方法。課程講述集成電路從電路設(shè)計(jì)、電路性能分析到版圖設(shè)計(jì)的過(guò)程，仿真過(guò)程以及仿真后輸出結(jié)果的數(shù)據(jù)提??；以美國(guó)集成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)Tanner 的教學(xué)平臺(tái)為依托，通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計(jì)能力。要求學(xué)生在學(xué)完本課程后，具備集成電路電路與版圖設(shè)計(jì)的初步能力，能熟練使用tanner 工具軟件。六

18、、教材及參考書(shū)教材：朱正涌半導(dǎo)體集成電路清華大學(xué)出版社2002 年參考書(shū)：張延慶半導(dǎo)體集成電路上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2000 年楊之廉超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)導(dǎo)論清華大學(xué)出版社1999 年孫潤(rùn)Tanner 集成電路設(shè)計(jì)教程北京希望電子出版社2001廖裕評(píng)陸瑞強(qiáng)Tanner Pro 集成電路設(shè)計(jì)與布局實(shí)戰(zhàn)指導(dǎo)科學(xué)出版社2008實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)為自主編寫的集成電路原理與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，專門為該課程設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的針對(duì)性，能夠幫助學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。七、說(shuō)明集成電路原理及設(shè)計(jì)課程的先修課為電路分析、半導(dǎo)體物理、數(shù)字電路、 模擬電路等；后續(xù)課為微電子畢業(yè)設(shè)計(jì)。本課程上課與實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)比為3： 1，作業(yè)為每章后面35 個(gè)習(xí)題，另外還要補(bǔ)充一下課外習(xí)題。本課程的教學(xué)方法采用計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)，內(nèi)容采用Powerpoint 與板書(shū)相結(jié)合的形式。八、考核方法總