第二章集成电路设计技术与工具
asic 工程师手册
asic 工程师手册
ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）工程师手册是一个非常专业的技术指南，用于指导ASIC工程师进行集成电路设计、验证、测试和实现。
以下是一个可能的ASIC工程师手册的内容大纲：
第一章：概述
ASIC简介
ASIC的应用领域
ASIC的设计流程
第二章：集成电路设计基础
集成电路的基本构成
集成电路设计工具简介
集成电路设计语言（如Verilog和VHDL）
第三章：ASIC设计流程
需求分析
规格说明
架构设计
逻辑设计
物理设计
布线与布局
测试与验证
第四章：ASIC验证方法
仿真验证
形式验证
静态时序分析（STA）
物理验证（DRC/LVS）
第五章：ASIC测试技术
测试策略与测试计划
测试向量生成
内建自测试（BIST）
故障模拟与故障覆盖率分析
第六章：ASIC实现与版图绘制
工艺选择与参数提取
设计版图生成与后端物理合成
DFM（可制造性设计）考虑因素
最终版图检查与验证
第七章：ASIC制程与封装
制程技术简介
封装技术与材料选择
制程与封装测试方法
第八章：ASIC可靠性与可靠性分析
ASIC可靠性概述
环境应力对ASIC的影响
ASIC可靠性分析方法与工具介绍（如加速寿命测试、失效模式和效应分析）第九章：ASIC设计案例研究
案例一：数字信号处理（DSP）ASIC设计实例案例二：通信系统ASIC设计实例
案例三：高性能计算（HPC）ASIC设计实例。
超大规模集成电路的设计与制造技术
超大规模集成电路的设计与制造技术第一章：引言随着现代数字电子技术的飞速发展，超大规模集成电路（VLSI）的设计和制造技术已经成为了电子领域内的重要课题。
VLSI 代表了现代电子技术中的一个重要里程碑，在计算机科学、通信工程、嵌入式系统等课题中都有着广泛应用。
本文将讨论超大规模集成电路的概念及其设计与制造技术。
第二章：超大规模集成电路的概念VLSI 是指将数千万甚至数亿个晶体管和双极性器件集成到单个芯片上的技术。
随着设备的不断发展，集成电路规模的扩大和技术的更新换代，超大规模集成电路已经从过去的 10 万门电路乃至几百万门电路发展到现在的千万门电路。
超大规模集成电路实现了芯片功能的高度集成和小型化，大幅度提高了芯片的可靠性和集成度，降低了生产成本，提高了芯片的性能。
第三章：超大规模集成电路的设计技术超大规模集成电路的设计技术主要涉及到电子设计自动化（EDA）工具的开发。
EDA 工具是一类能够自动完成电路设计流程的软件系统，主要包括原理图输入、电路仿真、自动布线、物理布局等功能。
通过EDA 工具，可以高效地完成芯片设计和优化。
超大规模集成电路的设计过程涉及到原理图输入、功能仿真、逻辑合成、门级设计、布图设计、物理设计等步骤。
其中，原理图输入是指将电路的逻辑设计手绘出来，以电路图的方式进行输入。
功能仿真是指在计算机上对电路进行模拟并确认电路功能的正确性。
逻辑合成是将设计好的原理图转成可综合的门级电路。
门级设计将逻辑合成的电路变换成另一种级别的门级电路。
布图设计是将门级电路转换为物理电路图。
物理设计是根据物理约束将各个单元摆放好位置。
此外，超大规模集成电路的设计还需要考虑功耗、时序、容错、可测试性等方面因素，以保证芯片在运行过程中的可靠性和性能。
第四章：超大规模集成电路的制造技术超大规模集成电路的制造过程主要分为光刻、蚀刻、离子注入、热处理、载带加工、封装等步骤。
在芯片制造的过程中，需要采用微纳加工技术，进行复杂的加工过程，以实现制造复杂电路。
超大规模集成电路的设计与制造技术研究
超大规模集成电路的设计与制造技术研究第一章概述随着信息技术的不断发展，集成电路产业正处于飞速发展的时期，超大规模集成电路（VLSI）已经成为当前电子产业的重要发展方向。
VLSI技术是集束、集成、微型化、高速化和多功能化于一体的电子技术新阶段，它已广泛应用于通信设备、计算机、消费类电子产品等领域。
本文将对超大规模集成电路的设计与制造技术进行全面的研究与探讨。
第二章超大规模集成电路设计技术超大规模集成电路的设计是整个VLSI工艺中最为重要的环节之一，它涉及到各种电子元器件的设计和布局。
随着新一代制程工艺的出现，高精度、高可靠性和低功耗的设计要求已经成为VSLI设计的主要发展趋势。
在VLSI设计中，所采用的工具软件是极其重要的。
采用现代高速数字系统的设计工具，如EDA(电子设计自动化)工具、模拟电路仿真工具、可视化设计工具等，不但可有效提高设计效率，而且还能保证设计的可靠性和稳定性。
在设计过程中，采用现代化的晶圆级自适应保障系统也是非常重要的。
在这种系统中，系统可实时获取从晶圆上的所有芯片的清晰图像，并将异常数据记录在数据库中。
这样一来，就可以有效地防止生产过程中的失误和突发异常。
第三章超大规模集成电路制造技术超大规模集成电路制造技术是一个复杂的过程，需要经过多个环节的加工和测试。
从产生晶片的设计到整个产品的组装和测试，这是一个非常复杂和精细的过程。
该制造过程中，最重要的环节是微影技术、化学机械抛光技术、离子注入技术、薄膜沉积技术等。
通过采用这些技术，制造者可以快速、准确地生产万元级及以上的VLSI芯片。
在VLSI的制造过程中，当涉及到接口工程技术或其他类型的工程问题时，最好的解决方案可能就是使用宽度，膨胀和压缩的不同算法，然后将其用于制造晶片的过程中。
这些技术可以确保晶体管的最小尺寸被控制在小于100nm的范围内。
第四章超大规模集成电路的应用领域根据当前市场需求和技术进展的情况，VLSI技术已应用于很多领域，包括芯片、通信、计算机和消费电子产品。
电子电路设计中的自动化工具研发与应用
电子电路设计中的自动化工具研发与应用第一章：引言在现代科技迅速发展的时代背景下，电子电路设计已经成为了各行各业不可或缺的一项技术。
然而，传统的手工设计方式存在着许多问题，如效率低下、容易出错等。
为了解决这些问题，人们开发出了各种自动化工具来辅助电路设计。
本文将探讨电子电路设计中的自动化工具的研发和应用。
第二章：电子电路设计中的自动化工具的分类电子电路设计中的自动化工具可以按照功能和应用领域进行分类。
按照功能划分，主要可分为电路仿真工具、布局布线工具和优化工具。
电路仿真工具可以帮助设计师验证电路设计的正确性和性能，布局布线工具可以辅助设计师完成电路的布局和连线，而优化工具则可以帮助设计师在尽可能少的资源消耗下获得最佳电路性能。
按照应用领域划分，自动化工具可以分为模拟电路设计工具、数字电路设计工具和混合信号设计工具。
第三章：电子电路设计中的自动化工具的研发电子电路设计中的自动化工具的研发通常需要集成电路领域的专业知识和计算机科学的技术。
首先，需要建立模型来描述电路的行为。
常见的电路模型包括基于物理的模型和基于数学的模型。
然后，需要开发算法来对电路进行仿真、布局布线和优化。
仿真算法可以基于电路的模型来模拟电路的行为，布局布线算法可以基于电路的布局约束和连线要求来完成电路布局和连线的最优化，而优化算法可以通过搜索和优化方法来获得电路的最佳性能。
第四章：电子电路设计中的自动化工具的应用电子电路设计中的自动化工具被广泛应用于各个领域。
在模拟电路设计中，自动化工具可以帮助设计师完成电路的验证和调试。
在数字电路设计中，自动化工具可以辅助设计师完成高速、低功耗的电路设计。
在混合信号设计中，自动化工具可以帮助设计师解决信号完整性和功耗优化等问题。
此外，自动化工具还可以应用于电路可靠性分析、电磁兼容性分析等方面。
第五章：电子电路设计中的自动化工具的发展趋势随着科技的发展，电子电路设计中的自动化工具也在不断发展和改进。
电子科大微固学院专业课集成电路原理与设计第二章——考研专业课科目ppt课件
条件(1)的满足：①npn管饱和；②利用BC结做二极管且处于 正偏；③npn反向运用。
王向展
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7
集成电路原理与设计
• npn管工作于截止区 VBC(npn)<0 VEB(pnp)<0
VBE(npn)<0，VCS (npn)>0 VBC(pnp)>0
• npn管工作于放大区
pnp截止
VBE(npn)>0
VBC(npn)<0 VEB(pnp)<0 VCS (npn)>0 VBC(pnp)>0
pnp截止
王向展
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集成电路原理与设计
• npn管工作于饱和区 VBE(npn)>0
VBC(npn)>0 VEB(pnp)>0
VCS (npn)>0 VBC(pnp)>0 • npn管工作于反向工作区 VBE(npn)<0
集成电路原理与设计
电子科大微固学 院专业课集成电 路原理与设计第 二章——考研 专业课科目
集成电路原理与设计
本章重点
1、双极集成电路的寄生效应 2、TTL、S/LSTTL、AS/ALSTTL、ECL电路的 电路结构，工作原理和特点的分析与比较。
王向展
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集成电路原理与设计
双极型逻辑IC的分类 根据电路工作在输出特性曲线的不同区域，可分为饱和 型和非饱和型两大类。 饱和型逻辑IC - 以关态对应截止态，以开态对应饱和态而工 作的双极型逻辑IC。 特点： 输出电平稳定 逻辑摆幅大 电路结构简单 (与非饱和相比) 功耗较低 (与非饱和相比) 使用方便 饱和时基区少子存在存贮效应，开关速度慢
《集成电路版图设计》(第二章)PPT课件
方式二：选择Attach
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
三、显示文件准备
LSW窗口：
✓ nwell是N 阱，PMOS管做在N阱中； ✓ ndiff是N型扩散区，也叫N型有源区（active），用来做NMOS管； ✓ pdiff是P型扩散区，也叫P型有源区，用来做PMOS管； ✓ nimp是N型扩散区注入层； ✓ pimp是P型扩散区注入层； ✓ poly是多晶层，主要用来做管子的栅极； ✓ cont是接触孔contact； ✓ metal1是一铝层； ✓ via1是一铝层和二铝层之间的连接孔，称为通孔； ✓ metal2是二铝层； ✓ pad是压焊点所在的层； ✓ 其它还包括一些特殊器件上的标识层等等
3、单元的宽长比设 置原则——最常见 宽长比的设置
逻辑图中每一 个管子宽长比 的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长 比设置原则— —最常见宽长 比的设置（续）
单元符号的建立和 Label的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长比 设置原则——其它 宽长比的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
第一部分、D508项目逻辑图的准备
一、逻辑图输入工具启动
二、一个传输门逻辑图及符 号的输入流程
三、D508项目单元逻辑图的准备 四、D508项目总体逻辑图的准备
第二部分、D508项目版图输入准备
一、设计规则准备 二、工艺文件准备 三、显示文件准备
第三部分、版图设计步骤及操作
三、显示文件准备（续）
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
Display Resource Editor 窗口：
cadence简介
EDA概述
• EDA技术特征：
（1）硬件采用工作站和PC机。 （2）具有IP模块化芯核的设计和可重复利用功能。 （3）EDA技术采用高级硬件描述语言描述硬件结构、参 数和功能，具有系统级仿真和综合能力。
EDA概述
• EDA工具一般由两部分组成：
逻辑工具 物理工具
物理工具主要实现物理布局布线。 逻辑工具基于网表、布尔逻辑、传输时序等概念。 该两部分由不同工具承担，利用标准化的网表文件进行 数据交换。
• Synopsys公司简介：
是为全球集成电路设计提供电子设计自动化(EDA) 软件工具的主导企业。为全球电子市场提供技术先进的 IC设计与验证平台，致力于复杂的芯片上系统(SoCs)的 开发。总部设在美国加利福尼亚州Mountain View，有 超过60家分公司分布在北美、欧洲、日本与亚洲。 提供前后端完整IC设计方案的领先EDA工具供应商。 是EDA历史上第一次由一家EDA公司集成了业界最好的 前端和后端设计工具。
第二章 EDA概述
• 电子设计自动化（EDA：Electronic Design Automation）就是利用计算机作为工作平台进 行电子自动化设计的一项技术。 • 涵盖内容：系统设计与仿真，电路设计与
仿真，印制电路板设计与校正，集成电 路版图设计数模混合设计，嵌入式系统 设计，软硬件系统协同设计，系统芯片 设计，可编程逻辑器件和可编程系统芯 片设计，专用集成电路设计等
EDA概述
• 软核IP（soft IP）是用可综合的硬件描述语言描述的 RTL级电路功能块，不涉及用与什么工艺相关的电路 和电路元件实现这些描述。 • 优点：设计周期短，设计投入少，不涉及物理实现， 为后续设计留有很大发挥空间，增大了IP的灵活性和 适应性。 • 缺点：会有一定比例的后续工序无法适应软核IP设计， 从而造成一定程度的软核IP修正，在性能上有较大的 不可预知性。
《集成电路设计导论》课件
IC设计的测试和验证
探讨IC设计的测试和验证技术， 以确保设计的正确性和可靠性。
总结与展望
集成电路设计的现状与未来趋势
总结集成电路设计的现状并展望未来的发展趋 势，如人工智能芯片和物联网应用。
集成电路设计中的挑战与机遇
探讨集成电路设计中面临的挑战和机遇，如功 耗优化和设计验证等。
《集成电路设计导论》 PPT课件
这是一套《集成电路设计导论》的PPT课件，针对集成电路的概念、分类和历 史发展等主题进行介绍，通过丰富的内容和精美的图片，让学习更加生动有 趣。
第一章：集成电路概述
集成电路的定义
介绍集成电路的基本概念和定义，以及其在电子领域中的重要作用。
集成电路的分类
分析不同类型的集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和混合集成电路。
探讨集成电路设计中常用的仿真 技术，如时序仿真、噪声仿真和 功耗仿真等。
CMOS工艺的基本原理和特点，以及其在集成电路设计中的应用。
2
CMOS电路设计基础
讨论CMOS电路设计的基本原则和技巧，包括逻辑门设计和布局。
3
CMOS电路的布局与布线
解释CMOS电路布局与布线的重要性，以及如何进行最佳布局和布线。
第五章：模拟电路设计
模拟电路设计基础
介绍模拟电路设计的基本原理和 技术，包括信号放大、滤波和稳 压等。
模拟电路的建模与仿真
讨论模拟电路的建模方法和仿真 技术，以验证电路设计的准确性 和性能。
模拟电路的测试和调试
探讨模拟电路的测试和调试方法， 以保证电路的可靠性和稳定性。
第六章：数字电路设计
1
数字电路的逻辑设计
第四章：数模转换电路设计
数模转换电路的种类
Virtuoso cadence 教程轻松学
IC设计基础
CADENCE
• 典型的实际分层次设计流程：
11
IC设计基础
CADENCE
• 分层次设计流程主要适用于数字系统设 计，模拟IC设计基本上是手工设计。
• 即便是数字IC设计，也需要较多的人工 干预。
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IC设计基础
CADENCE
• IC设计方法
（1）全定制设计 （2）半定制设计
通道门阵列法 门海法
• 缺点：会有一定比例的后续工序无法适应软核IP设计， 从而造成一定程度的软核IP修正，在性能上有较大的 不可预知性。
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EDA概述
CADENCE
• 硬核IP（Hard IP）是经过布局、布线并针对某 一特定工艺库优化过的网表或物理级版图，通 常是GDSⅡ-Stream的文件形式。
• 优点：在功耗、尺寸方面都作了充分的优化， 有很好的预知性。
2
IC设计基础
CADENCE
• 集成电路制造过程示意图：
3
IC设计基础
CADENCE
• 集成电路设计域主要包括三个方面： 行为设计（集成电路的功能设计） 结构设计（逻辑和电路设计） 物理设计（光刻掩模版的几何特性和物 理特性的具体实现）
4
IC设计基础
CADENCE
• 集成电路设计层次主要包括五个层次：
• IP分三类： 软核IP 固核IP 硬核IP
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EDA概述
CADENCE
• 软核IP（soft IP）是用可综合的硬件描述语言描述的 RTL级电路功能块，不涉及用与什么工艺相关的电路 和电路元件实现这些描述。
• 优点：设计周期短，设计投入少，不涉及物理实现， 为后续设计留有很大发挥空间，增大了IP的灵活性和 适应性。
集成电路的制造技术
集成电路的制造技术第一章：引言集成电路是现代电子技术的重要组成部分，它在计算机、通信、家电等领域都扮演着重要角色。
集成电路的制造技术是保证集成电路性能和稳定性的重要保障。
本文旨在介绍集成电路制造技术的发展历程、制造流程、主要设备和新技术。
第二章：集成电路制造技术的发展历程随着电子技术的不断发展，集成电路的制造技术也在不断提高。
20世纪50年代，人们开始试图将多个器件集成到同一片半导体晶片上，以提高电路的可靠性和工作速度。
60年代末，人们发现必须采用光刻和蒸镀等技术才能实现超大规模集成电路制造，从而开启了集成电路制造技术的新时代。
80年代后期，互联网和智能手机的大规模普及，推动了集成电路制造技术的快速发展，特别是微电子技术和纳米技术的引入，使集成电路的存储容量和计算速度大幅提高。
第三章：集成电路制造技术的制造流程集成电路的制造流程主要有芯片设计、掩膜制作、晶圆制造、晶圆加工、封装测试等环节。
其中，芯片设计是集成电路制造的核心环节，通过使用EDA软件完成电路原理图和布局图设计，并完成ASIC集成电路的设计和验证。
掩膜制作是将芯片设计的图形投射到光刻掩膜上的过程。
晶圆制造是在半导体材料晶圆上通过多次氮化、高温退火等工艺形成电路结构和元器件结构。
晶圆加工是将电路图形转移到晶圆表面上，并通过刻蚀等工艺进行修饰、提取、接线等处理。
封装测试是将已完成芯片切割、焊接封装为实际可使用的器件，并进行功能测试和可靠性测试。
第四章：集成电路制造技术的主要设备光刻机是集成电路制造过程中非常重要的设备之一，用于将掩膜图形投射到晶圆表面上，形成微小的电路图案。
刻蚀机主要用于将图形转移到晶圆表面，并使图形得到修饰。
氧化炉和退火炉则用于在特定温度条件下对晶圆上的器件和电路进行处理，以获得所需的电学特性。
其他机器设备如CVD设备、离子注入设备等也是集成电路制造中不可或缺的设备。
第五章：新型集成电路制造技术半导体技术的快速进步和新型制造技术的引入，推动了集成电路制造技术的不断发展。
大规模集成电路设计技术手册
大规模集成电路设计技术手册随着科技的飞速发展，电子产品的更新换代速度越来越快，而这些电子产品都需要使用集成电路。
在这个大背景下，大规模集成电路的发展催生了很多技术手册，本文就是其中之一。
本手册旨在向大家介绍大规模集成电路设计技术的相关知识和常用工具，帮助初学者快速掌握相关技能。
第一章基本概念1.1 集成电路的概念与发展集成电路是指将多个电子元器件，如晶体管、二极管、电容器等集成在一个晶片上。
这种技术的出现，大大提高了电子产品的功能、性能和可靠性。
随着技术的进步，集成度越来越高，晶片上集成的元器件越来越多，从而催生了大规模集成电路的发展。
大规模集成电路是指集成了上千、上万个元器件的电路。
1.2 大规模集成电路设计的分类大规模集成电路设计一般分为数字电路设计和模拟电路设计两类。
其中，数字电路设计以逻辑门、触发器等数字元器件为主，主要应用于数字电子产品中；而模拟电路设计则以模拟器件为主，主要应用于模拟电子产品中。
第二章设计流程大规模集成电路设计一般由前端设计和后端设计两部分构成。
2.1 前端设计前端设计主要包括芯片设计、电路设计、逻辑设计、高层次综合、低功耗设计等环节。
常用的设计软件有Cadence、Mentor Graphics、Synopsys等。
2.2 后端设计后端设计主要包括版图设计、布局布线、仿真验证、物理验证等环节。
常用的设计软件有Calibre、Spectre、HSPICE等。
第三章常用工具3.1 设计软件前端设计软件：Cadence、Mentor Graphics、Synopsys后端设计软件：Calibre、Spectre、HSPICE3.2 设计验证工具模拟仿真：Spectre、HSPICE物理仿真：Calibre逻辑仿真：ModelSim、VCS、NC-Verilog3.3 特殊工具FPGA设计：Xilinx、Altera芯片封装：Synopsys Cover-Extend第四章硬件描述语言硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）是一种用于描述数字电路或系统的语言。
EDA技术 第二章 eda设计工具及其流程
ASIC
数字 ASIC
混合 ASIC
模拟 ASIC
ASIC设计方法
按版图结构及制造方法分，有半定制(Semi-custom)和全 定制(Full-custom)两种实现方法。
全定制方法 是一种基
于晶体管级的，手工设 计版图的制造方法。
全定制法 半定制法 ASIC设计方法
半定制法 是一种
约束性设计方式，约 束的目的是简化设计 ，缩短设计周期，降 低设计成本，提高设 计正确率。 门阵列法 标准单元法
硬件测试
最后是将含有载入了设计的 FPGA或CPLD的硬件系统进行统一 测试，以便最终验证设计项目在 目标系统上的实际工作情况，以 排除错误，改进设计。
ASIC及其设计流程
ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路) 是相对于通用集成电路而 言的，ASIC主要指用于某 一专门用途的集成电路器 件。ASIC按功能分类大致 可分为数字ASIC、模拟 ASIC和数模混合ASIC。
综合器的使用也有两种模式： 图形模式和命令行模式(Shell模式)。
常用EDA工具
仿真器
按处理的硬件描述语言类型分，HDL仿真器可分为：
(1) VHDL仿真器。 (2) Verilog仿真器。 (3) Mixed HDL仿真器(混合HDL仿真器，同时处理Verilog与VHDL)。
Mentor的ModelSim
综合
FPGA/CPLD
器件和电路系统
1、isp方式下载 2、JTAG方式下载 3、针对SRAM结构的配置 4、OTP器件编程
功能仿真
逻辑综合器
FPGA/CPLD
适配
结构综合器 FPGA/CPLD 编程下载
集成电路设计ppt
第四章 半导体集成电路基本加工工艺与设计规则 4.1 引言 4.2 集成电路基本加工工艺 4.3 CMOS工艺流程 4.4 设计规则 4.5 CMOS反相器的闩锁效应 4.6 版图设计
第五章 MOS管数字集成电路基本逻辑单元设计 5.1 NMOS管逻辑电路 5.2 静态CMOS逻辑电路 5.3 MOS管改进型逻辑电路 5.4 MOS管传输逻辑电路 5.5 触发器 5.6 移位寄存器 5.7 输入输出（I/O）单元
[3] 陈中建主译. CMOS电路设计、布局与仿真.北京：机械工 业出版社，2006.
[4]（美）Wayne Wolf. Modern VLSI Design System on Silicon. 北京：科学出版社，2002.
[5] 朱正涌. 半导体集成电路. 北京：清华大学出版社，2001. [6] 王志功，沈永朝.《集成电路设计基础》电子工业出版
第六章 MOS管数字集成电路子系统设计 6.1 引言 6.2 加法器 6.3 乘法器 6.4 存储器
6.5 PLA 第七章 MOS管模拟集成电路设计基础
7.1 引言 7.2 MOS管模拟集成电路中的基本元器件 7.3 MOS模拟集成电路基本单元电路 7.4 MOS管集成运算放大器和比较器 7. 5 MOS管模拟集成电路版图设计 第八章 集成电路的测试与可测性设计
1.2 集成电路的发展
1、描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标 （1）集成度（Integration Level）
集成度是以一个IC芯片所包含的元件（晶体管或门/数）来 衡量（包括有源和无源元件）。随着集成度的提高，使IC及使用 IC的电子设备的功能增强、速度和可靠性提高、功耗降低、体积 和重量减小、产品成本下降，从而提高了性能/价格比，不断扩 大其应用领域，因此集成度是IC技术进步的标志。为了提高集成 度采取了增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设 计等措施。为节省芯片面积普遍采用了多层布线结构。硅晶片集 成（Wafer Scale Integration -WSI)和三维集成技术也正在研 究开发。从电子系统的角度来看，集成度的提高使IC进入系统集 成或片上系统（SoC）的时代。
集成电路版图设计习题答案第二章集成电路制造工艺
集成电路版图设计习题答案第2章 集成电路制造工艺【习题答案】1．硅片制备主要包括（直拉法）、（磁控直拉法）和（悬浮区熔法）等三种方法。
2．简述外延工艺的用途。
答：外延工艺的应用很多。
外延硅片可以用来制作双极型晶体管，衬底为重掺杂的硅单晶（n +），在衬底上外延十几个微米的低掺杂的外延层（n ），双极型晶体管（NPN ）制作在外延层上，其中b 为基极，e 为发射极，c 为集电极。
在外延硅片上制作双极型晶体管具有高的集电结电压，低的集电极串联电阻，性能优良。
使用外延硅片可以解决增大功率和提高频率对集电区电阻要求上的矛盾。
图 外延硅片上的双极型晶体管集成电路制造中，各元件之间必须进行电学隔离。
利用外延技术的PN 结隔离是早期双极型集成电路常采用的电隔离方法。
利用外延硅片制备CMOS 集成电路芯片可以避免闩锁效应，避免硅表面氧化物的淀积，而且硅片表面更光滑，损伤小，芯片成品率高。
外延工艺已经成为超大规模CMOS 集成电路中的标准工艺。
3．简述二氧化硅薄膜在集成电路中的用途。
答：二氧化硅是集成电路工艺中使用最多的介质薄膜，其在集成电路中的应用也非常广泛。
二氧化硅薄膜的作用包括：器件的组成部分、离子注入掩蔽膜、金属互连层之间的绝缘介质、隔离工艺中的绝缘介质、钝化保护膜。
4．为什么氧化工艺通常采用干氧、湿氧相结合的方式？答：干氧氧化就是将干燥纯净的氧气直接通入到高温反应炉内，氧气与硅表面的原子反应生成二氧化硅。
其特点：二氧化硅结构致密、均匀性和重复性好、针孔密度小、掩蔽能力强、与光刻胶粘附良好不易脱胶；生长速率慢、易龟裂不宜生长厚的二氧化硅。
湿氧氧化就是使氧气先通过加热的高纯去离子水（95℃），氧气中携带一定量的水汽，使氧化气氛既含有氧，又含有水汽。
因此湿氧氧化兼有干氧氧化和en +SiO 2n -Si 外延层 n +Si 衬底水汽氧化的作用，氧化速率和二氧化硅质量介于二者之间。
实际热氧化工艺通常采用干、湿氧交替的方式进行。
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。
集成电路智能化设计与开发技术研究
集成电路智能化设计与开发技术研究第一章绪论集成电路是现代电子技术领域的重要分支，它的发展对于电子科技的发展和人类社会的进步具有至关重要的意义。
而集成电路设计和开发技术的不断推进也使得集成电路行业能够实现更好的智能化，提升生产效率和降低成本。
本文将对集成电路智能化设计和开发技术进行研究和分析。
第二章集成电路设计与开发技术集成电路的设计及开发技术主要包括芯片设计、FPGA设计、SoC设计、EDA工具等多个方面。
其中，芯片设计是集成电路设计与开发的核心，它主要涉及到电路的模拟与数字设计、芯片布局和封装等多个方面。
FPGA设计是一种特殊的芯片设计，它能够在不改变硬件电路的情况下，对芯片的功能进行灵活的调整和改变。
SoC设计指的是系统级芯片设计，其中包括多个不同功能模块的集成。
而EDA工具则是支持这些设计和开发活动的软件工具，包括原理图设计工具、仿真工具和布局工具等。
第三章集成电路智能化设计的意义随着人工智能、物联网、云计算等技术的应用和发展，集成电路智能化设计成为了必然趋势。
智能化设计可以提高电路设计效率，降低成本，提高芯片的可靠性和稳定性，并且实现芯片设计的自动化和智能化，符合现代工业4.0和信息化生产的需求。
智能化设计可以通过基于数据和人工智能的智能优化算法，提高芯片设计的效率和质量，并且可以自动化芯片设计中的复杂流程和流程控制。
第四章集成电路智能化设计的实现技术集成电路智能化设计需要依靠多个关键技术的支持，其中包括：1.基于数据驱动的设计方法：利用机器学习和数据挖掘技术对芯片设计数据进行挖掘和分析，提高设计的准确性和效率。
2. 基于深度学习算法的芯片设计优化：利用神经网络和深度学习算法对芯片的设计方案进行优化，提高设计效果和设计准确率。
3. 基于云计算和大数据的智能化设计平台：利用云计算和大数据技术，为芯片设计提供计算资源、存储资源和数据资源支持，提高芯片设计的效率和质量。
第五章集成电路智能化开发技术集成电路智能化开发技术主要包括自动化生产流程、基于云计算和大数据的全流程数据管理、先进的射频设计技术等多个方面。
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2.2 集成电路材料
导电能力可以分为导体、半导体和绝缘体三 类 。是微电子系统则应用到所有三类材料 。
分类
材料
导体
铝（Al）、金（Au）、钨（W）、铜（Cu）等金 属，镍铬（NiCr）等合金；重掺杂的多晶硅
电导率 （S·cm-1）
~ 105
半导 硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、磷化铟 体 （GaP）、氮化镓（GaN）等
空带
所有能级均未被电子填充的能带。由原子的激发态能级分裂而 成，正常情况下是空的。当有激发因素（热激发、光激发等） 时，价带中的电子能够被激发进入空带。在外电场作用下，这 些电子的转移同样可以形成电流。所以，空带也是导带的一种。
禁带
在能带之间的能量间隙区，由于量子力学限制电子不能填充， 这段能级区域称为禁带。导带和价带之间的禁带宽度对晶体的 导电性有重要的作用。禁带不是一定存在的，如果上下能带重 叠，其间的禁带就不存在 。
（a）砷化镓材料的闪锌矿结构
（b）硅材料的金刚石结构
2.3.2 固体能带结构基础
2.3.2.1能带的形成
对单个原子而言，电子在原子核外运动的轨迹是 分立能级
如果两个相同原子相互靠近，由于原子的相互作 用，使得较高能级将分裂成邻近的两个能级，以 满足泡利不相容原理
当大量相同原子靠近并按 照周期性排列后，它们相 互作用并形成周期势场， 导致能级发生分裂。
晶体：宏观上具有对称的几何外形，微观上原子或离子呈现在空间 有规则的周期性的排列。如用来制作集成电路的硅、锗、砷化镓等。 晶体的性质与这种内在的周期性有关，内在的周期性导致电子共有 化运动。
非晶体：无论是否完整都没有固定的形状。如玻璃、橡胶等。
电子共有化
晶体中大量原子 有规则排列,晶体中形成了 如图所示的周期性势场,电子在这种周期性的势场 中运动, 对于高能级的电子，其能量超过势垒高 度，电子可以在整个固体中自由运动。对于能量
价带(valence band Ev)
共价电子所在能级分裂后形成的能带。理想情况下，在价带之 上能带是空的，没有电子 ，在价带之下的能带则是全部填满 的。在半导体中，价带就是能带最高的满带。
导带(conduction band EC)
电子部分填充的能带。导带中的电子容易在外场下运动而形成 电流，所以称为导带。对半导体而言，导带则是紧邻价带的那 个“空带”。
2.3.2.2 导体、绝缘体和半导体的能带结构
量子力学计算表明，固体中若有N个原子， 由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原 子的每一个能级,变成了N条靠得很近的能级， 称为能带。
能带的宽度记作E ，数量级为 E～eV。 能带的一般规律
（1） 外层电子共有化程度显著，能带宽度较宽；
内层电子相应的能带较窄。 （2） 点阵间距越小，能带越宽，E越大。 （3） 两能带有可能重叠。
第二章 集成电路材料与器件物理基础
2.1 引言 2.2 集成电路材料 2.3 半导体基础知识 2.4 PN结与结型二极管 2.5 双极型晶体管 2.6 MOS晶体管的基本结构与工作原理 2.7 金属半导体场效应晶体管MESFET 2.8 本章小结
2.1 引言
集成电路是当今人类智慧结晶的最佳载体，其 强大无比的功能产生于一系列重大的理论发现、重 要的材料特性、奇特的结构构思、巧妙的技术发明 和孜孜不倦的工艺实验。从某种意义上讲，集成电 路设计者就是这一系列理论和技术的“集成”者。 要实现这个集成，首先要对这些理论、材料、结构、 技术与工艺基础等进行全面而深入的理解。本章主 要简单介绍制造集成电路的关键材料、半导体材料 的基础，以及典型器件的工作原理及其物理基础。
能带中的电子排布服从泡利不相容原理和能量最低原 理。电子根据泡利不相容原理先填满能级低的能级再 填能级较高的能级。能带出现五种情况
（a）导带部分填充情况
（b）导带为空带价带为满带，且禁带较窄的情况
满带
能带中各能级都被电子填满。通常发生在内层能带（电子能量 较低）。满带中的电子不能起导电作用。
而半导体材料，也是集成电路制造中的核心 材料，则主要利用半导体掺杂以后形成P型 和N型半导体，在导体和绝缘体材料的连接 或阻隔下组成各种集成电路的元件—半导体 器件。 半导体材料在集成电路的制造中起着 根本性的作用。
2.3半导体基础知识
2.3.1 固体的晶体结构 固体分为晶体和非晶体两大类。
低于势垒高度的电子,也有一定的贯穿概率。
价电子不再为单
个原子所有,而为整个
晶体所共有的现象称为 a
晶体中周期性的势场
晶体原子在空间的周期排列就形成了具有一定几何 外形的晶体，通常将这种周期排列称为晶格。
较为常见的主要有简单立方、体心立方、面心立方 和金刚石结构。
砷化镓材料是一种面心立方；而硅和锗都是金刚石 结构。
10-9 ~ 10 2
绝缘 二氧化硅（SiO2）、氮氧化硅（SiON）、氮化硅 体 （Si3N4）等
10 -22 ~ 10 -14
作为导体，铝、金、钨、铜等金属和镍铬等合金在集 成电路工艺中主要具有如下功能：
（1）构成低值电阻； （2）构成电容元件的极板； （3）构成电感元件的绕线； （4）构成传输线（微带线和共面波导）的导体结构； （5）与轻掺杂半导体构成肖特基结接触； （6）与重掺杂半导体构成半导体器件的电极的欧姆接触； （7）构成元器件之间的互连； （8）构成与外界焊接用的焊盘。
重掺杂的多晶硅电导率接近导体，因此常常被作为导体看 待，主要用来构成MOS晶体管的栅极以及元器件之间的短 距离互连。
作为绝缘体，二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等硅的氧 化物和氮化物在集成电路工艺中主要具有如下功能：
（1）构成电容的绝缘介质； （2）构成金属-氧化物-半导体器件（MOS）的栅绝缘层； （3）构成元件和互连线之间的横向隔离； （4）构成工艺层面之间的垂直隔离； （5）构成防止表面机械损伤和化学污染的钝化层。