第3讲 与集成电路原理课程有关的六个问题
集成电路方向学员常见技术问题解答
Q1：FPGA与ASIC的概念及有什么区别？FPGA（Field Programmable Gate Array）是现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、PLD 等可编程器件的基础上发展的产物，它是作为专用集成电路领域中的一种产定制电路而出现的，优点是可编程、使用灵活，成本低，设计周期短；缺点是时钟速度和规模受到限制。
ASIC: (Application Specific Integrated Circuit)专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的专用集成电路。
特点是面向特定的用户的需求、品种多、体积小、功耗低、性能高、缺点是设计周期长、成本高。
Q2：什么是窄沟道效应？窄沟道效应（narrow channel effect）：当金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的沟道宽度窄到可与源和漏的耗尽层宽度相比拟时，器件将发生偏离宽沟道的行为，这种由窄沟道宽度引起的对器件性能的影响称为窄沟道效应。
沟道宽度变窄导致阈值电压增加，是窄沟道效应的重要方面，这与衬底中耗尽区沿沟道宽度的横向扩展有关。
沟道变窄使阈值电压增加与沟道长度变短使阈值电压减小的特性正好相反，因此在既是短沟又是窄沟的小尺寸MOSFET中这两种相反的阈值电压特性使阈值电压趋于保持不变或仅有极小的变化。
Q3：Latch 和 Filp-flop的异同？Latch与DFF都是时序逻辑。
输出不但同当前的输入相关，还同上一时间的输出相关。
区别是：Latch同所有的输入信号相关，当输入信号变化时，Latch就变化，没有时钟端。
Flip-flop受时钟控制，只有在时钟触发时才采样当前的输入产生的输出。
Q4：试画出两输入的电流镜差分电路Q5：锁相环有哪几部分组成？锁相环是一个相位负反馈控制系统。
它由鉴相器、环路滤波器和电压控制振荡器三个基本部件组成。
基本原理是利用相位误差去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然会有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。
集成电路的工作原理
集成电路的工作原理
集成电路是一种将许多电子元件如晶体管、电阻、电容等集成在一块硅片上的化学器件，它能够实现电子元件之间的相互连接和相互作用。
通过集成电路，许多功能模块可以被集成在一个小小的芯片上，从而实现各种复杂的电子系统。
集成电路的工作原理是基于半导体材料的特性，其中最常用的材料是硅。
半导体材料中的电子在低温下几乎处于静止状态，但是当材料被加热时，电子能量增加，它们就会跳到更高能级的位置上。
这个过程被称为激进。
在集成电路中，晶体管是最基本的元件。
晶体管由三个不同特性的材料层组成，分别是n型材料、p型材料和电解介质。
当
电流通过晶体管时，n型材料的电子会移动到p型材料中，从
而形成一个电子空穴对。
这个电子空穴对的形成导致了材料的导电性变化，使晶体管成为一个电子开关。
在集成电路中，晶体管通过连接起来，形成各种电路结构，例如放大器、逻辑门等。
这些电路结构能够根据输入信号的特性，调整晶体管的开关状态，从而实现不同的功能。
通过不同的电路结构和连接方式，集成电路能够实现各种复杂的电子功能，如计算、存储、通信等。
总之，集成电路的工作原理是基于半导体材料的特性和晶体管的工作原理。
通过将许多电子元件集成在一个芯片上，并通过不同的电路结构和连接方式，集成电路能够实现各种复杂的电子功能。
集成电路设计原理-课前提问共17页PPT资料
HIT Micro-Electronics Center
2013年
来逢昌
3
HMEC
集心
1.对宽长比远大于1的MOS管设计为插指 状有哪些好处？
集成电路设计原理
4月17日课前提问
(2)4个CMOS反相器中已知：Vi VTN=-VTP，µN=2µP。问：
哪个低电平噪声容限最高？ 哪个低电平噪声容限最低？ 哪个高电平噪声容限最高？ 哪个高电平噪声容限最低？ Vi 哪个高电平噪声容限等于低 电平噪声容限？
VDD
微电子中心
VDD
8/1
4/1
Vo Vi
Vo
2/1
2/1
VDD
4/1
Vo Vi
4/1
VDD
2/1
Vo
4/1
HIT Micro-Electronics Center
2013年
来逢昌
10
HMEC
集成电路设计原理
4月17日课前提问
微电子中心
(3)这两个电路分别完成什么功能？电路中哪 些器件会存在衬底偏置效应？
VDD
A
p1
B
p2
F
n1 n2
VDD
2.在N阱硅栅CMOS基本工艺中，寄生可 控硅结构有什么危害？如何抑制其危害？
3. 单纯减小工艺特征尺寸对MOS器件 会有哪些不良影响？为什么？
HIT Micro-Electronics Center
2013年
来逢昌
4
HMEC
集成电路设计原理
4月3日课前提问
电路基础原理集成电路的工作原理
电路基础原理集成电路的工作原理集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是一种将许多电子器件等元件集成在一起的电路。
它是信息技术领域的重要发明，也是现代电子产品不可或缺的核心部件。
本文将就集成电路的基本原理以及其工作原理进行探讨。
首先，我们来了解一下电路基础原理。
在电子学中，有三个基本元件：电阻、电容和电感。
电阻是控制电流流动的元件，它通过阻碍电流来改变电路的电阻。
电容则用来储存电荷，当电压施加到电容上时，它可以累积电荷并储存电能。
电感则可以产生电磁感应，使电流发生变化。
集成电路是将这些基本元件以及其他复杂的电子器件集成在一个小芯片上的技术。
集成电路不仅可以实现更多的功能，还可以减小电路的体积和功耗，提高电路的可靠性。
下面我们来探讨一下集成电路的工作原理。
集成电路采用的是半导体材料，比如硅和锗等。
在工艺制造过程中，通过控制材料的掺杂和加工工艺，可以构建出不同的电子器件，如二极管、晶体管和场效应管等。
这些器件组成了集成电路的结构。
集成电路中最基本的组成单元是晶体管。
晶体管有多种类型，但最常见的是三极管和场效应管。
三极管由三个电极组成：发射极、基极和集电极。
工作时，通过对基极电流的控制，可以调节集电极电流的大小。
场效应管则以控制场效应结附近的电子浓度来改变电流的流动。
晶体管的引入使得集成电路具有了放大和开关功能。
多个晶体管可以组合成各种电路，如放大器、计算机内存和处理器等。
这些电路可以完成各种复杂的功能，并且可以在一个芯片上集成起来。
此外，集成电路中还有很多其他的器件，如电容、电阻、电感等。
这些器件可以用来调整电路的性能，如控制电流、滤波和稳压等。
通过在芯片上布局和连接这些器件，可以实现各种复杂的电路功能。
总结起来，集成电路的工作原理可以概括为：通过半导体材料和器件的选择、设计和组合，将复杂的电路功能集成在一个小芯片上。
通过对电流的控制和调节，实现信号的放大、开关、过滤和稳压等操作。
集成电路原理及应用的内容
集成电路原理及应用的内容1. 概述集成电路（Integrated Circuit，IC）是将大量电子器件（电阻、电容、晶体管等）以及其它元器件（电感、变压器等）集成到同一块或几块半导体晶片上的电路。
本文将介绍集成电路的原理及应用。
2. 集成电路的分类根据集成电路的规模和复杂度，可以将集成电路分为以下几类：2.1 数字集成电路•逻辑门电路：包括与门、或门、非门、异或门等，用于数字信号的逻辑运算。
•存储器：用来存储大量的二进制数据，包括RAM、ROM、Flash等。
•处理器：包括微处理器、信号处理器等，用于运算和控制。
2.2 模拟集成电路•放大器：包括运放和功率放大器，用于信号放大和增强。
•滤波器：用于信号滤波和频率选择。
•电源管理电路：包括稳压器、开关电源等，用于电源管理和电压稳定。
2.3 混合集成电路混合集成电路将数字电路和模拟电路集成在一起，既可以进行数字信号的处理，又可以进行模拟信号的放大和滤波等。
3. 集成电路的原理集成电路的原理基于半导体器件的特性和电路设计的原理，下面是集成电路的原理要点：3.1 半导体器件•晶体管：包括NPN型晶体管和PNP型晶体管，用于放大和开关等。
•二极管：包括正向导通二极管和反向截止二极管，用于整流和保护等。
•MOSFET：场效应管，用于功率放大和开关等。
3.2 电路设计•逻辑设计：采用布尔代数和逻辑门的原理进行设计，实现数字信号的处理与控制。
•放大器设计：采用电路理论和反馈控制原理，实现模拟信号的放大和增强。
•滤波器设计：采用频率响应和滤波器特性的原理，实现信号的滤波和频率选择。
4. 集成电路的应用集成电路广泛应用于各个领域，下面是集成电路常见的应用场景：4.1 通信领域•数字通信系统：集成电路用于数字信号的调制、解调和处理。
•无线通信系统：集成电路用于无线射频信号的放大、滤波和解调等。
•数据通信系统：集成电路用于数据传输和处理，包括网络交换和路由器等。
4.2 汽车电子•车载娱乐系统：集成电路用于音频、视频处理和控制。
《集成电路》 讲义
《集成电路》讲义一、集成电路的定义与发展历程集成电路，顾名思义，就是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成制作在一块半导体晶片上，从而形成一个具有特定功能的电路。
集成电路的发展可以追溯到上世纪中叶。
1958 年，杰克·基尔比（Jack Kilby）发明了第一块集成电路，这一开创性的发明为电子技术的发展带来了革命性的变化。
在早期，集成电路的集成度很低，只能容纳几个元件。
随着技术的不断进步，集成电路的集成度越来越高，从小规模集成电路（SSI）发展到中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI），乃至现在的特大规模集成电路（ULSI）和巨大规模集成电路（GSI）。
每一次集成度的提高，都意味着芯片性能的大幅提升、功耗的降低以及成本的下降。
这使得集成电路在计算机、通信、消费电子等领域得到了广泛的应用，极大地推动了信息技术的发展和社会的进步。
二、集成电路的制造工艺集成电路的制造是一个极其复杂且精密的过程，涉及到多个学科和技术领域。
首先是设计环节。
设计人员使用专门的软件工具，根据电路的功能和性能要求，设计出芯片的电路图和版图。
然后是制造环节。
制造过程通常在高度洁净的晶圆厂中进行。
首先，需要准备晶圆，通常是硅晶圆。
然后通过光刻、蚀刻、掺杂等一系列工艺步骤，在晶圆上形成晶体管、电阻、电容等元件，并将它们连接起来。
光刻是其中最为关键的工艺之一。
它通过使用紫外线或极紫外线光源，将掩膜版上的图形转移到晶圆表面的光刻胶上，从而定义出元件的形状和位置。
蚀刻则用于去除不需要的材料，以形成所需的电路图案。
掺杂是通过注入杂质离子，改变半导体的电学性质，从而实现晶体管的功能。
制造完成后，还需要进行测试和封装。
测试是为了确保芯片的功能和性能符合设计要求。
封装则是将芯片保护起来，并提供与外部电路连接的接口。
三、集成电路的分类集成电路的分类方式多种多样。
《集成电路原理与设计》重点内容总结
《集成电路原理与设计》重点内容总结引言集成电路（Integrated Circuit, IC）作为现代电子工程的核心，其设计和制造技术的发展极大地推动了信息技术的进步。
《集成电路原理与设计》课程涵盖了IC设计的基础理论、工艺技术、设计流程和应用实例，对于电子工程领域的学生和专业人士具有重要意义。
第一部分：集成电路基础1.1 集成电路概述集成电路是将大量电子元件（如晶体管、电阻、电容等）集成在一块半导体材料（通常是硅）上的微型电子器件。
IC的出现极大地减小了电子设备的体积，提高了性能，降低了成本。
1.2 半导体物理基础半导体物理是IC设计的基础。
重点内容包括：半导体材料的特性，如硅和锗的电子结构。
PN结的形成和特性。
载流子（电子和空穴）的行为。
半导体中的扩散和漂移现象。
1.3 晶体管原理晶体管是IC中最基本的放大和开关元件。
重点内容包括：双极型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的工作原理。
晶体管的电流-电压特性。
晶体管的开关时间和速度。
第二部分：集成电路设计2.1 设计流程IC设计包括前端设计和后端设计两个主要阶段。
重点内容包括：系统规格定义和功能模块划分。
逻辑设计和电路设计。
物理设计，包括布局、布线和验证。
2.2 设计工具和方法IC设计涉及多种计算机辅助设计（CAD）工具和方法。
重点内容包括：硬件描述语言（如VHDL和Verilog）的使用。
逻辑综合和优化技术。
时序分析和仿真。
2.3 工艺技术IC的制造工艺对设计有重要影响。
重点内容包括：CMOS工艺流程。
工艺参数对IC性能的影响。
新型工艺技术，如FinFET和SOI。
第三部分：集成电路应用3.1 数字集成电路数字IC是实现数字逻辑功能的核心。
重点内容包括：门电路和触发器的设计。
算术逻辑单元（ALU）和微处理器的设计。
存储器的设计，如SRAM、DRAM和Flash。
3.2 模拟集成电路模拟IC用于处理模拟信号。
重点内容包括：放大器、滤波器和振荡器的设计。
集成电路原理及应用课后答案
6.4如图1所示，当分别取如下两组参数时，试分别求出该电路的G，，等参数。
（1）R=R=24kΩ，C=940pF，C=470pF，R=。
（2）R=7.3kΩ，R=39.4kΩ，C=C=0.047F，R=4kΩ，R=20kΩ。
(图6.4）
解：由电路得：
则当取⑴参数时：
当取⑵参数时： ，
因两个输入信号均从同相端输入，所以输入阻抗比较高。该电路为高输入阻抗的差动放大器。
2.11求图3所示电路的增益A，并说明该电路完成什么功能。
解：该电路由两个集成运放构成，A1为主放大器接成反相运算放大器，A2为辅助放大器，A2也接成反相放大器，利用A2对A1构成正反馈，是整个电路向信号源索取的电流极少。
解：电路图如下所示：
选择巴特沃斯型滤波器
则 又
令R=R=R, C=C=C取C=0.1F则R=160Ω，
又 ，则=1.586
又 取R=58.6KΩ,则R=100KΩ。
2.16设计一个运算电路，要求运算关系为u=20 。
解：此题设计方法较多，此只列举几种仅供参考
方法一：将求和电路的输出作为积分电路的输入，则积分电路的输出即为u；
方法二：将积分电路的输出作为求和电路的输入,则求和电路的输出即为u；
方法三：反相积分求和电路再加一个倒相器；
方法四：利用同相积分求和电路。
当u<0时，VD截止,VD导通,
对A：u=(1+ )u,对A：u=u=u，
此时u= （R+R 1）u
当 （R+R ）=1时，完成全波整流功能；由于为同相输入，故该电路输入电阻较高。
3.8 设计一个能实现图4所示曲线的二极管函数变换器。
（习题3.8图）
《集成电路原理》课程提纲
《集成电路原理》课程提纲第一章绪论1、掌握一些基本概念，如：微电子、集成电路、集成度、特征尺寸等；集成电路的几种主要分类方法。
2、了解微电子集成电路技术的发展趋势，和提高集成度的主要途径3、掌握一些英文缩写词的中英文含义，如IC、VLSI、ULSI、SOC、IP、MEMS等4、要求对IC相关技术背景有一定的掌握和理解。
双极部分第二章双极逻辑集成电路1、饱和型/非饱和型逻辑IC的定义，各有何特点？列举出各自的典型逻辑。
2、集成NPN晶体管中的有源、无源寄生效应，对器件性能有何影响？如何加以抑制？3、标准TTL电路工作原理及特点。
4、S/LSTTL电路抗饱和原理；其电路的工作原理，包括组成部分、各部分的作用和工作过程；电路特点。
5、ECL逻辑工作原理及其特点。
6、第三章双极逻辑集成电路的版图设计1、双极工艺中的主要隔离技术及其特点。
2、双极晶体管制造工艺比较。
3、微电子测试图形的结构分类及其作用。
4、横向PNP、纵向PNP管的结构与特点。
5、BJT与MOSFET特点对比，在电路设计中应如何发挥各自的长处？MOS IC部分第四章MOS逻辑集成电路1、MOSFET 的V th、I DS、g m、g ds的表达式及其计算。
要求会应用。
2、各种MOS反相器的电路结构、工作原理和主要特性。
3、传送管和CMOS传输门的工作过程。
4、CMOS静态门电路如与非门、或非门结构特点；设计时对P管、N管应作何考虑。
5、CMOS变型电路的结构、工作原理和各自特点。
主要包括：伪NMOS逻辑、C2MOS逻辑、P-E逻辑和Domino CMOS逻辑。
第五章MOS集成电路的版图设计1、MOSIC 的寄生效应（寄生电阻、寄生电容、闩锁效应）及其抑制改善措施。
2、了解硅栅、Al栅工艺主要流程。
3、电路版图识别与设计，包括硅栅和Al栅。
第六章模拟集成电路1、模拟IC子单元电路结构，工作原理和主要特性。
2、几种电流镜电路结构、工作原理和特点比较。
集成电路原理答案
集成电路原理答案1. CMOS工艺是目前集成电路制造中使用广泛的一种工艺。
CMOS是互补型金属氧化物半导体的缩写，它由P型和N型晶体管组成。
P型晶体管通过控制基极电压进行工作，而N型晶体管则通过控制栅极电压进行工作。
CMOS工艺具有低功耗、高浮点性能和抗干扰等优点。
2. 集成电路的制造过程通常包括晶片制备、晶圆切割、芯片封装和测试等环节。
晶片制备是指将半导体材料（通常是硅）加工成具有特定功能的晶片。
晶圆切割是将大片的晶圆切割成一颗颗独立的芯片。
芯片封装是将芯片封装在塑料或陶瓷封装体中，以便安装在电路板上。
测试是对芯片进行功能和质量的检测，确保芯片能正常工作。
3. 集成电路的原理是基于电子器件的原理。
常见的电子器件包括二极管、三极管和晶体管等。
二极管是一种具有两个电极的电子器件，它能够只允许电流在一个方向上通过。
三极管是一种具有三个电极的电子器件，由两个PN结构组成。
晶体管是一种能够控制电流的电子器件，它通过调节输入电压来改变输出电流的大小。
4. 集成电路的设计中，逻辑门是最基本的组成单元。
逻辑门用于实现不同的逻辑功能，如与门、或门和非门等。
与门输出只有在所有输入都为高电平时才为高电平，或门输出只要有一个输入为高电平就为高电平，非门的输出与输入相反。
通过逻辑门的组合，可以构建复杂的电路功能，如加法器、多路选择器和计数器等。
5. 集成电路的应用非常广泛，涵盖了电子设备的各个领域。
常见的应用包括计算机、通信、医疗设备、汽车电子和消费电子等。
计算机中的处理器、存储器和各种接口芯片都是集成电路的应用。
在通信领域，集成电路用于实现无线通信、数据传输和网络设备等。
医疗设备中的心脏起搏器、血压计和体温计等也需要集成电路来完成各种功能。
6. 集成电路技术的发展是随着摩尔定律的提出而加速的。
摩尔定律指出，集成电路中的晶体管数量将每隔18-24个月翻一番，而成本将减少一半。
摩尔定律的实现需要不断提升晶体管的集成度和性能，以及改进制造工艺和材料。
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• 刻蚀Si层上的SiO2具有更 高的选择性
29
扩散工艺步骤
• 预淀积
– Predeposition, Predep
– 向衬底引入所需剂量的 掺杂物
预淀积
• 推进
– Drive-In
– 重新分布掺杂物以获得 所需的结深和表面浓度
推进
30
离子注入系统
离子注入系统框图
85
设计规则示例
设计规则示 例
86
天线效应
m4
100l
m3
m2
m1 gate
diff
gate
2000l diff
M3连线较短，不会 对栅极造成损伤
M3连线太长，可能积 累大量电荷，并击穿 栅极
天线效应
反应离子刻蚀(RIE)造成各层金属连线充电， 如果栅极与扩散区之间直接与大面积金属相 连，金属层积累的电荷可能把栅极击穿
l 版图验证
– 验证版图是否符合所有设计规则 – 验证版图是否与所设计的线路图一致 – 版图经过任何改动之后，都必须重新做设计规则
检查 78
版图设计验证工具
l 版图设计工具
– Cadence Virtuoso – Tanner L-Edit –…
l 版图验证工具
– Cadence Diva – Cadence Dracula – Synopsys Hercules – Mentor Grafibre –…
PiP电容和MiM电容
PiP电容
Poly-Insulator-Poly Capacitor
MiM电容
Metal-Insulator-Metal Capacitor
51
电感
电感
52
二极管
二极管 Diode
53
Schottky 二极管（SBD）
Schottky 二极管
54
纵向PNP管
C
B
E
p+
32nm工艺 2009 22nm工艺 2011
15nm原型 (IEDM2001) 10nm原型
(DRC2003)
6
主要半导体纯代工企业
台湾积体电路制造股份有限公司 (台积电，TSMC)
台湾联华电子公司 (台联电，UMC)
新加坡特许半导体制造公司 (Chartered，CSM)
中芯国际集成电路制造有限公司 (中芯国际，SMIC)
n+
p+ n-well p-substrate
纵向PNP管 Vertical PNP BJT VPNP
55
横向PNP管
p+
n+
p+
p+
n-well p-substrate
横向PNP管 Lateral PNP BJT LPNP
56
NPN管
隐埋集电扱
NPN管
C BE
57
PMOS管
p+
p+
n-well
版图验证
90
版图验证的内容
l 设计规则检查 (DRC) l 电气规则检查 (ERC) l 天线效应检查 (Antenna) l 金属密度检查 (Metal Density) l 版图/线路图比较 (LVS)
完全洁净室
l HEPA过滤器（ High Efficiency Particulate Air Filter ）安装在天花板中
l 从地板上回收空气 l 保持持续的洁净空气流 l 工作台顶部带有贯通穿孔，空气可以无阻碍流过
完全洁净室
15
完全洁净室
16
洁净室布局
17
氧化反应炉
18
氧化系统的组成
69
生物芯片
利用微机械检测DNA
70
4. 版 图 基本概念
71
图形转移
从版图到晶圆
72
版图层次
l 层次 (Layer)
– 版图由不同层次的图形要素组成 – 版图层用于制作掩模版或其他设计用途
l 类型
– Drawn Layers：实际画出的版图层 – Generated Layers：由Drawn Layers运算得到的
而产生电路版图
– PAD版图一般也可以从I/O单元库得到 – 存储器版图也可以从Memory Compiler工具自动生成
77
设计规则和版图验证
l 设计规则
– 版图设计所必须遵守的规则 – 不符合设计规则的电路，可能无法制造成功 – 设计规则和具体使用的工艺密切相关 – 版图设计之前应仔细阅读设计规则
4
特征尺寸的发展
5
最新CMOS器件尺寸
90nm工艺 2003 65nm工艺
2005 45nm工艺
50nm栅长 (IEDM2002)
30nm原型
(IEDM2000)
IEDM--国际电子器件会议
DRC--Defense Research Corporation (美国)国防研究公司
2007
20nm原型 (VLSI2001)
层 – Mask Layers：用于制作掩模版的层 – Identifier Layers：用作LVS--版图/线路图比较
标识的层
73
版图举例
MOS管版图示例
74
版图与掩模版
P-Diffusion N-Diffusion N-Well Polysilicon
Metal 1 Metal 2 Contact
tW
L
Rsquare
W
其中，Rsquare
，称为方块电阻
t
43
阱电阻
场氧化层
阱电阻，Well Resistor
44
扩散电阻
扩散电阻，Diffused Resistor
45
扩散致窄电阻
扩散致窄电阻，Pinched Resistor
46
多晶硅电阻
多晶硅电阻，Polysilicon Resistor
33
超高真空化学气相淀积 Ultra-High Vacuum CVD, UHV-CVD
34
超高真空化学气相淀积 Ultra-High Vacuum CVD, UHV-CVD
35
气相外延
气相外延，Vapor Phase Epitaxy, VPE 可以淀积复合材料，如GaAs
36
灯丝蒸发
灯丝蒸发
7
早期平面工艺
平面工艺流程 (Fairchild, Late 1950s)
8
基本的光刻流程
淀积膜
涂光刻胶
曝光
显影（正胶）
刻蚀
去胶
光刻是今天芯片制造中的核心环节
9
集成电路工艺
阻值较小的
集成NPN管
硼扩电阻
n-型外延层
阻值较大的 硼扩电阻
光刻工艺使得在一个晶圆上集成多个器件成为可能
10
六十年代的集成电路工艺
反应炉 温度控制系统 气源柜 晶圆清洗站 装片站 工艺自动化
19
氧 化 反 应 炉
20
器件绝缘体
• 栅氧化层(Gate Oxide)
– MOS管栅区的薄氧化层
• 电容电介质
– 电容两极之间的SiO2电介质 – 如MiM电容、PiP电容等
GOX
Gate oxid
Poly
Field oxide
FOX
步进式光刻机的对准标记、
器件、晶片角、Logo (Logo 是标志、徽标的意思)等
26
化学机械研磨
化学机械研磨，CMP 化学机械抛光，化学机械平整化
27
湿法刻蚀用于特征尺寸大于3μm的产品
28
反应离子刻蚀 RIE
• Reactive Ion Etching, RIE
• 结合等离子体刻蚀和离子 束刻蚀的优点
31
离子注入机
32
主要淀积工艺
l 化学气相淀积
– Chemical Vapor Deposition, CVD – APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD, …
l 物理气相淀积
– Physical Vapor Deposition, PVD – 蒸发、溅射
l 其他外延工艺
– 分子束外延, MBE – 离子束外延, IBE
PMOS管
58
NMOS管
NMOS管
59
VMOS
V凹槽型MOS V-Groove MOS, VMOS
60
3. 电路集成
61
电路类型
双极型电路 MOS电路 Bi-CMOS电路
62
双极型电路
磷穿透工艺
P+隔离槽接高电平！
埋层
pn结隔离双极型集成电路结构
63
CMOS电路
CMOS倒相器电路结构图
64
82
最小距离规则
最小距离规则，Minimum Spacing 防止同层之间短路或不同层次之间非法的覆盖
83
最小包围规则
最小包围规则，Minimum Enclosure 保证通孔处在Poly和Metal 1内部
84
最小延伸规则
最小延伸规则，Minimum Extension 保证器件边缘位置上有正确的行为
1960年代的典型工艺（pn结隔离技术） 双极型npn晶体管和电阻是主要器件
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七十年代的集成电路工艺(LOCOS)
Field oxide 场氧化层
增强型NMOS晶体管
提高隔离性能的 P注入区域
耗尽型NMOS晶体管 局部氧化工艺
七十年代的典型工艺 增强型NMOS(EMOS)和耗尽型NMOS(DMOS)
与集成电路原理课程 有关的六个问题
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1. 集成电路工艺的发展 2. 集成电路中的元器件 3. 电路集成 4. 版图基本概念 5. 封装 6. 微电子技术新进展