半导体集成电路课程教学大纲

《半导体集成电路》课程教学大纲（包括《集成电路制造基础》和《集成电路原理及设计》两门课程）集成电路制造基础课程教学大纲课程名称：集成电路制造基础英文名称：The Foundation of Intergrate Circuit Fabrication课程类别：专业必修课总学时：32 学分：2适应对象：电子科学与技术本科学生一、课程性质、目的与任务：本课程为高等学校电子科学与技术专业本科生必修的一门工程技术专业课。

半导体科学是一门近几十年迅猛发展起来的重要新兴学科，是计算机、雷达、通讯、电子技术、自动化技术等信息科学的基础，而半导体工艺主要讨论集成电路的制造、加工技术以及制造中涉及的原材料的制备，是现今超大规模集成电路得以实现的技术基础，与现代信息科学有着密切的联系。

本课程的目的和任务：通过半导体工艺的学习，使学生掌握半导体集成电路制造技术的基本理论、基本知识、基本方法和技能，对半导体器件和半导体集成电路制造工艺及原理有一个较为完整和系统的概念，了解集成电路制造相关领域的新技术、新设备、新工艺，使学生具有一定工艺分析和设计以及解决工艺问题和提高产品质量的能力。

并为后续相关课程奠定必要的理论基础，为学生今后从事半导体集成电路的生产、制造和设计打下坚实基础。

二、教学基本要求：1、掌握硅的晶体结构特点，了解缺陷和非掺杂杂质的概念及对衬底材料的影响；了解晶体生长技术（直拉法、区熔法），在芯片加工环节中，对环境、水、气体、试剂等方面的要求；掌握硅圆片制备及规格，晶体缺陷，晶体定向、晶体研磨、抛光的概念、原理和方法及控制技术。

2、掌握SiO2结构及性质，硅的热氧化，影响氧化速率的因素，氧化缺陷，掩蔽扩散所需最小SiO2层厚度的估算；了解SiO2薄膜厚度的测量方法。

3、掌握杂质扩散机理，扩散系数和扩散方程，扩散杂质分布；了解常用扩散工艺及系统设备。

4、掌握离子注入原理、特点及应用；了解离子注入系统组成，浓度分布，注入损伤和退火。

5、掌握溅射、蒸发原理，了解系统组成，形貌及台阶覆盖问题的解决。

6、掌握硅化学汽相淀积（CVD）基本化学过程及动力学原理，了解各种不同材料、不同模式CVD方法系统原理及构造。

7、掌握外延生长的基本原理；理解外延缺陷的生成与控制方法；了解硅外延发展现状及外延参数控制技术。

8、掌握光刻工艺的原理、方法和流程，掩膜版的制造以及刻蚀技术（干法、湿法）的原理、特点，光刻技术分类；了解光刻缺陷控制和检测以及光刻工艺技术的最新动态。

9、掌握金属化原理及工艺技术方法；理解ULSI的多层布线技术对金属性能的基本要求，用Cu布线代替A1的优点、必要性；了解铝、铜、低k材料的应用。

10、掌握双极、CMOS工艺步骤；了解集成电路的隔离工艺，集成电路制造过程中质量管理基础知识、统计技术应用和生产的过程控制技术。

三、课程内容：1、介绍超大规模集成电路制造技术的历史、发展现状、发展趋势；硅的晶体结构特点；微电子加工环境要求、单晶硅的生长技术（直拉法、区熔法）和衬底制备（硅圆片制备及规格，晶体缺陷，硅中杂质和硅单晶的整形、定向及抛光工艺）。

2、SiO2结构及性质，硅的热氧化工艺原理、设备及工艺技术，影响氧化速率的因素，氧化缺陷，掩蔽扩散所需最小SiO2层厚度的估算，SiO2薄膜厚度的测量。

3、杂质扩散机理，扩散系数和扩散方程，扩散杂质分布，常用扩散工艺及系统设备以及工艺特点、杂质分布的影响因素。

4、离子注入掺杂工艺原理，浓度分布及影响因素，离子注入系统组成，注入损伤和退火，离子注入特点及应用。

5、真空技术基础知识，真空系统组成，等离子体基本原理及应用。

蒸发和溅射系统组成及工作原理，形貌及台阶覆盖问题的解决。

6、化学汽相淀积（CVD）基本化学过程及动力学原理，不同材料、不同模式CVD方法系统原理及构造，简要介绍多晶硅、二氧化硅等CVD原理、方法以及工艺。

7、外延（同质、异质）机理和工艺技术及其装置与质量控制，外延层杂质浓度分布、外延缺陷控制及外延厚度和电阻率的测量。

8、光刻工艺的原理、流程、方法及特点，光刻缺陷控制及检测，光刻技术分类（光学光刻，非光学光刻）；最新的光刻工艺技术动态，紫外线、X射线和电子束曝光等光刻进展以及掩膜制备；刻蚀分类（湿法刻蚀、干法刻蚀），常用刻蚀液组成及应用，干法刻蚀系统原理及结构组成。

了解半导体生产中常用材料的刻蚀技术。

9、金属化与布线技术（ULSI集成电路对金属性能的基本要求，铝、铜、低k材料的应用和工艺技术方法，布线技术）10、双极、CMOS工艺技术方法及工艺流程；集成电路制造过程中质量管理基础知识，统计技术和生产的过程控制技术。

五、课程实验内容及要求因为学校学时和设备条件限制，未开设实验课程六、教材及参考书：教材：《硅集成电路工艺基础》，关旭东，北京大学出版社，2005参考书：1、半导体制造技术，（美）Michael Quirk,Julian Serda著，韩郑生等译，电子工业出版社，2004年1月2、微电子制造科学原理与工程技术，（美）Stephen A.Campbell著，曾莹严利人等译，电子工业出版社，2003年1月3、芯片制造——半导体工艺制程实用教程（第四版），（美）Peter Van Zant著，赵树武等译，电子工业出版社，2004年10月4、芯硅超大规模集成电路工艺技术：理论、实践与模型，（美）James D.Plummer MichaelD.Deal Peter B.Griffin著，电子工业出版社，2003年4月七、说明：该课程为集成电路中实践性很强的工程技术类课程，建议结合微电子研究所现有条件(如超净实验室、溅射仪等)，尽快开设出相应实验课程。

该课程的先修课程为：量子力学、固体物理、半导体物理。

八、考核方法：考试九、制订者：潘国峰《集成电路原理及设计》课程教学大纲课程名称：集成电路原理及设计英文名称：Principle and Design of Integrated Circiut课程类别：必修总学时56学时：（包括实验：14学时）学分：3.5分适应对象：电子科学与技术专业本科生一、课程性质、目的与任务《集成电路原理及设计》是电子科学与技术学科的专业基础必修课。

该课程在《电路分析》、《模拟电路》、《数字电路》、《半导体物理》等课程的基础上，全面系统地介绍半导体集成电路的基本原理、基本电路和基本分析方法。

课程全部内容分为四部分：第一部分介绍集成电路的基础知识和基本电路模型，第二部分主要介绍集成电路的具体元件构成和功能模块及其作用原理，第三部分讨论集成电路的设计方法和步骤，并进行上机模拟仿真练习。

第四部分为实验，学生利用Tanner集成电路设计软件系统进行电路设计与仿真。

二、教学基本要求《集成电路原理及设计》课程要求学生了解双极性集成电路和MOS集成电路的工艺特点；掌握双极性集成电路中TTL、ECL、I2L电路和CMOS集成电路的组成和工作原理；要求学生掌握集成电路传统设计方法和近现代设计方法的差异以及典型的集成电路设计方法；掌握在Tanner系统中利用S—edit模块进行电路图设计并对电路进行直流分析、瞬态分析；利用L—edit进行版图设计，满足设计规则，并进行版图与电路图一致性的检查，得到最终的版图，并且对版图进行验证，提取相关参数。

三、课程内容第一部分集成电路的基础知识和基本电路模型第一章集成电路的基本制造工艺掌握集成电路的基本制造原理和工艺，了解MOS与Bi－CMOS的制作过程和工艺。

第二章集成电路中的晶体管及其寄生效应掌握埃伯斯－莫尔模型及其推导过程，理解有源和无源寄生效应产生的原因及影响。

第三章集成电路中的无源元件；掌握集成电阻器、集成电容器和互连在工艺上的处理方法。

第二部分集成电路的具体元件构成和功能模块及其作用原理第四章晶体管－晶体管逻辑电路（TTL）理解TTL电路在集成电路中的重要作用，了解各种简单TTL电路的级连和作用以及TTL电路的逻辑扩展。

第五章发射级耦合逻辑（ECL）电路理解ECL电路的特点，ECL电路的组成和工作原理，以及ECL电路的逻辑扩展功能。

第六章集成注入逻辑（I2L）电路理解I2L单元电路的工作原理，电路正常工作的条件，电路逻辑组合以及工艺和版图设计。

第七章MOS反相器掌握MOS反相器的作用和原理，了解MOS反相器的差异和功能以及逻辑功能扩展。

第八章MOS基本逻辑单元掌握MOS基本单元电路的结构特点，级联级负载的设定方法，影响电气和物理结构的设计因素，以及各种逻辑类型的比较。

掌握传输门的工作原理和特点，以及各种触发器的原理。

第九章MOS逻辑功能部件掌握多路开关、加法器、进位链、算数单元以及寄存器的工作原理。

第十章存储器掌握存储器的分类，各种存储器的存储原理，特点和存在的问题，未来存储器的发展方向。

第十一章接口电路掌握双极型集成电路之间的接口电路，TTL和MOS逻辑系列之间的接口电路，掌握接口电路的构成和工作原理。

第三部分集成电路的设计方法和步骤第十七章集成电路设计概述掌握集成电路正向设计的原则，了解MOS和双极型电路的设计方法。

第十八章集成电路的工艺模拟和器件物理特性的模拟掌握工艺模拟的作用和工艺模拟的求解方法和器件模型。

第二十章集成电路设计方法掌握集成电路定制设计方法的思想和原则，理解全定制和半定制的设计方法。

实验Tanner系统掌握S—edit模块建立电路图的方法，以及对电路图进行各种分析的方法；掌握利用L —edit建立版图的方法以及版图设计中的规则。

四、学时分配：（总56学时，授课42学时）五、课程实验内容及要求（实验14学时）通过本课程实验部分的学习，让学生掌握集成电路设计软件的使用方法。

课程讲述集成电路从电路设计、电路性能分析到版图设计的过程，仿真过程以及仿真后输出结果的数据提取；以美国集成电路设计系统Tanner的教学平台为依托，通过实验学习来培养学生的集成电路设计能力。

要求学生在学完本课程后，具备集成电路电路与版图设计的初步能力，能熟练使用tanner工具软件。

六、教材及参考书教材：朱正涌半导体集成电路清华大学出版社2002年参考书：张延庆半导体集成电路上海科学技术出版社2000年杨之廉超大规模集成电路设计方法学导论清华大学出版社1999年孙润Tanner集成电路设计教程北京希望电子出版社2001廖裕评陆瑞强Tanner Pro集成电路设计与布局实战指导科学出版社2008 实验指导书：实验指导书为自主编写的《集成电路原理与设计》实验指导书，专门为该课程设计，具有很强的针对性，能够帮助学生做好实验准备。

七、说明《集成电路原理及设计》课程的先修课为电路分析、半导体物理、数字电路、模拟电路等；后续课为微电子毕业设计。

本课程上课与实验的学时比为3：1，作业为每章后面3~5个习题，另外还要补充一下课外习题。