超大规模集成电路：基础·设计·制造工艺PDF电子书下载

上篇　基础与设计 2

第1章　VLSI的特征及任务 2

1.1　VLSI的概念与基本技术 2

1.1.1　VLSI的基本技术与发明 2

1.1.2　学科体系 3

1.2　VLSI的种类 4

1.2.1　按功能分类 4

1.2.2　按器件分类 6

1.3　半导体技术路线图 7

1.4　对系统的影响 7

1.4.1　计算机系统 8

1.4.2　通信网络系统 9

1.4.3　数字家电系统 9

第2章　VLSI的器件 11

2.1　VLSI的构成要素 11

2.2　MOS晶体管 11

2.2.1　MOS的基本构造 11

2.2.2　MOS的工作原理与工作区域 13

2.2.3　MOS的电流电压特性 13

2.2.4　MOS的器件模型 14

2.2.5　MOS的等效电路模型 17

2.3　二极管 18

2.4 电阻 19

2.5 电容 20

2.6　电感 22

2.7　器件隔离 22

2.8　布线 23

2.8.1 多层布线 23

2.8.2 布线电容 24

2.9　VLSI技术的比例缩小法则 25

第3章　逻辑电路 27

3.1　CMOS逻辑电路 27

3.1.1 倒相器 27

3.1.2 NAND门 29

3.1.3 NOR门 29

3.1.4　传输门 30

3.1.5 选择器 31

3.1.6 异或门 32

3.1.7　CMOS复合门 33

3.1.8 时钟CMOS逻辑电路 33

3.1.9 动态CMOS逻辑电路 34

3.1.10 电流型逻辑电路 35

3.2　CMOS逻辑电路的工作速度 35

3.2.1 门延迟时间 35

3.2.2 布线的延迟时间 36

3.3　CMOS逻辑电路的功率消耗 38

3.3.1 CMOS逻辑电路消耗功率的因素 38

3.3.2 CMOS-VLSI的功率消耗 39

3.4　控制电路 41

3.4.1 寄存器 41

3.4.2 同步系统 41

3.4.3 计数器 44

第4章　逻辑VLSI 46

4.1　数字运算电路 46

4.1.1 加法运算 46

4.1.2 减法电路 48

4.1.3 乘法运算 48

4.2　时钟的发生与分配 50

4.2.1 时钟的发生 50

4.2.2 时钟的分配 51

4.3　控制方式 52

4.3.1 硬件方式 52

4.3.2 程序控制 52

4.3.3　流水线控制 52

4.3.4 接口电路 53

4.4　系统结构级的低功耗技术 55

4.5　微处理器 56

4.5.1 系统结构 56

4.5.2 MPU的开发例子 60

4.5.3 数字信号处理器 61

4.6　专用VLSI 62

4.6.1 图像处理VLSI 62

4.6.2 通信VLSI 63

第5章　半导体存储器 65

5.1　存储器的种类和基本结构 65

5.2　SRAM 67

5.3　DRAM 69

5.4　掩膜ROM 72

5.5　浮置栅存储器 73

5.5.1 可编程ROM 73

5.5.2　快闪存储器 74

5.6　强电介体存储器 75

5.7　存储器混载VLSI 77

第6章　模拟VLSI 78

6.1　基本的CMOS模拟电路 78

6.2　运算放大器 82

6.2.1　单输出运算放大器 82

6.2.2　全差动运算放大器 84

6.3 比较器 85

6.3.1 基本功能 85

6.3.2　倒相斩波型比较器 86

6.3.3　锁存器型比较器 86

6.4　模拟开关 86

6.5 A/D、D/A转换的基本动作 87

6.6　D/A转换器 88

6.6.1 电容阵列D/A转换器 88

6.6.2 电阻串D/A转换器 88

6.6.3 电流加法D/A转换器 90

6.7　A/D转换器 90

6.7.1 采样保持电路 90

6.7.2 逐次逼近型A/D转换器 91

6.7.3 并行比较型A/D转换器 91

6.7.4 串并联A/D转换器 92

6.7.5 流水线A/D转换器 93

6.7.6 超采样△∑A/D转换器 94

6.7.7 开发例子及系统应用 96

6.8　模拟滤波器 97

6.8.1 连续时间滤波器 97

6.8.2 开关电容滤波器 99

第7章　无线通信电路 103

7.1　无线通信电路 103

7.1.1 无线通信方式 103

7.1.2 无线电路的结构框图 103

7.1.3　低噪声放大器 106

7.1.4 混频器 106

7.1.5 中频电路 108

7.2　压控振荡电路 109

7.2.1 LC型VCO 109

7.2.2 环形振荡器型VCO 111

7.3　锁相环 111

7.3.1 锁相环概要及应用 111

7.3.2　锁相环的结构 112

7.3.3 锁相环的电路要素 113

7.3.4　锁相环的特性 113

7.4　延迟锁定环路 114

7.5　RF电路混载系统VLSI的开发实例 115

第8章　VLSI的设计方法及构成方法 117

8.1 VLSI设计方法与开发过程 117

8.1.1 系统设计（工作级描述） 122

8.1.2 功能设计（RTL描述） 122

8.1.3　逻辑设计（门级描述） 122

8.1.4　功能／逻辑验证 123

8.1.5 电路设计 124

8.1.6　版图设计 125

8.1.7 考虑元器件偏差时的设计 126

8.1.8 AD混载LSI中的交调失真噪声 126

8.2　VLSI的设计方式 128

8.2.1　全定制方式 129

8.2.2 单元基方式 129

8.2.3 门阵列方式 129

8.2.4 现场可编程门阵列 130

8.2.5 系统实现方法的比较 131

第9章 VLSI的测试 132

9.1　测试的目的 132

9.2　测试的种类 132

9.2.1 DC测试 132

9.2.2 AC测试 133

9.2.3 功能测试 134

9.3　研究·开发阶段的测试（评价） 134

9.4　批量生产中的分选测试 134

9.5　测试设备 135

9.5.1 逻辑VLSI测试设备 135

9.5.2 电子束测试设备 136

9.6　测试简易化技术 137

9.6.1 扫描通道 137

9.6.2 电平敏感扫描方案 137

9.6.3 边界扫描 138

9.6.4 内建自测试 138

引用·参考文献 140

下篇　制造工艺 146

第10章　LSI的制造工艺及其课题 146

10.1　集成电路的大规模化 146

10.1.1 高度集成化的趋势 147

10.1.2 微细加工 147

10.2　成品率与可靠性 148

10.2.1 成品率与通过量 148

10.2.2 防止缺陷的产生 150

10.2.3　缺陷的补救 150

10.2.4 可靠性 151

10.2.5 软差错 151

10.3　存储器面临的课题 152

10.3.1 DRAM的课题 153

10.3.2 快闪存储器的课题 155

10.4　微处理器的课题 156

10.4.1 芯片功能的提高 156

10.4.2 工作频率的提高 157

10.4.3 亚阈电流的抑制 159

10.5　MOS晶体管的课题 159

10.5.1 晶体管的比例缩小法则 159

10.5.2 布线的比例缩小法则 162

10.6　未来的LSI 163

第11章　集成化工艺 165

11.1　集成化工艺模块 165

11.2　基本的集成化工艺 169

11.3　衬底结构 171

11.3.1 晶片结构 171

11.3.2 SOI衬底 172

11.4　器件隔离结构 173

11.4.1　LOCOS法 173

11.4.2 沟槽隔离 174

11.5　晶体管的结构 175

11.5.1 源极-漏极结构 175

11.5.2　栅极结构 176

11.5.3 应变晶体管 177

11.6　存储器单元的结构 178

11.6.1　DRAM单元 179

11.6.2　SRAM单元 179

11.6.3　快闪EEPROM单元 180

11.6.4　FeRAM 182

11.6.5　其他存储器单元 182

11.7　逻辑门 183

11.8　多层布线 184

11.9　集成化综合技术 185

11.9.1　MOS集成电路 185

11.9.2　BiCMOS集成电路 185

11.9.3　双极集成电路 185

11.10　集成化工艺面临的课题以及对应措施 186

11.10.1　器件特性 186

11.10.2　微细加工 187

11.10.3 自对准技术 188

11.10.4　无边界布线 190

11.10.5　平坦化 190

11.11　集成化工艺的未来 191

第12章　平版印刷术 194

12.1 平版印刷术概要 194

12.1.1 光刻蚀工艺 194

12.1.2 曝光装置的种类 195

12.1.3　腐蚀 196

12.2　曝光方式 197

12.2.1 光曝光方式的发展 197

12.2.2　超分辨技术 199

12.2.3　接近效应修正 200

12.2.4 液浸曝光 201

12.2.5 电子束曝光 202

12.2.6　X射线曝光 203

12.2.7　EUV（X射线缩小投影法） 203

12.2.8 离子束法 204

12.2.9 掩模重合 204

12.3　光刻胶 204

12.3.1 光刻胶的特性 205

12.3.2 负型光刻胶 207

12.3.3 正型光刻胶 207

12.3.4 电子束光刻胶 208

12.3.5 X射线光刻胶 209

12.3.6 远紫外线（DeepUV）光刻胶 209

12.3.7 离子束用光刻胶 209

12.3.8　无机光刻胶材料 210

12.3.9 化学放大型光刻胶 210

12.3.10 多层光刻胶与甲硅烷基化工艺 211

12.3.11 防反射膜 213

第13章　腐蚀 214

13.1　腐蚀概要 214

13.2 湿法腐蚀 214

13.3 干法刻蚀 215

13.3.1 刻蚀的原理 216

13.3.2 刻蚀机理 219

13.3.3 反应过程 220

13.4 干法刻蚀设备 222

13.4.1 圆筒型等离子体刻蚀 222

13.4.2 微波等离子体刻蚀 223

13.4.3　反应性离子刻蚀 223

13.4.4　低温刻蚀 225

13.5 反应气体 226

13.5.1 各种材料的刻蚀气体 226

13.5.2 反应气体的设计 227

13.6 干法刻蚀中的问题 230

13.6.1 选择性 230

13.6.2　加工形状的控制 231

13.6.3 光刻胶的影响 232

13.6.4 高深宽比加工 232

13.6.5 除去有害杂质 233

13.6.6 损伤 233

13.7 未来的干法刻蚀技术 234

第14章　氧化 235

14.1　硅氧化法 235

14.1.1 氧化炉 235

14.1.2 氧化数据 236

14.2　硅氧化膜的生长规律 236

14.2.1　Deal-Grove模型 236

14.2.2　Mott-Cabrera模型 238

14.3　薄氧化膜的形成 239

14.4　Si-SiO2界面状态 240

14.4.1 Si-SiO2界面模型 240

14.4.2　Si-SiO2界面状态的观察 241

14.5　杂质浓度对氧化的影响 242

14.5.1 多晶硅的氧化·面方位依赖性 242

14.5.2 杂质增强氧化 242

14.6　杂质偏析 243

14.7　直接氮化膜 244

14.8　其他课题 245

第15章　掺杂 246

15.1　掺杂方法 246

15.2　杂质扩散的原理 248

15.2.1　扩散的原理 248

15.2.2　增速、减速扩散 250

15.3　离子注入的原理 251

15.3.1 基本原理 251

15.3.2　LSS理论 253

15.3.3 沟道渗透 255

15.4　高浓度离子注入 256

15.4.1　课题 256

15.4.2 偏聚 256

15.5　离子注入的应用 257

15.5.1　沟道掺杂 257

15.5.2　沟道阻断 257

15.5.3 源极—漏极的形成 258

15.5.4　形成SOI衬底 258

第16章　淀积绝缘膜 259

16.1　绝缘膜淀积方法的分类 259

16.2　PVD 259

16.2.1　真空蒸发 259

16.2.2　溅射淀积法 260

16.2.3 反应性蒸发及反应性溅射淀积法 261

16.2.4　激光剥离法 261

16.3　CVD 261

16.3.1　CVD法绝缘膜及其反应气体 262

16.3.2　常压、低压CVD 263

16.4　等离子体CVD 263

16.4.1 等离子体CVD中的反应 263

16.4.2　等离子体CVD-SiN膜的性质 264

16.5　CVD淀积膜的性质 265

16.5.1　台阶覆盖性 265

16.5.2　CVD-PSG膜 266

16.5.3　CVD-Si3N4膜 266

16.5.4　多晶硅 268

16.5.5　CVD膜的应力 269

16.5.6　软熔 271

16.6　涂敷膜 272

16.6.1　SOG以及SOD 272

16.6.2　溶胶·凝胶法 272

16.6.3　喷雾成膜 272

第17章　电极和布线 274

17.1　电极和布线的任务 274

17.2　电极和布线的材料 275

17.3　电极和布线的淀积方法 275

17.3.1 真空蒸发 276

17.3.2 溅射法 277

17.3.3 MOCVD法 278

17.3.4 电镀 280

17.4　电极结构 282

17.4.1　结构的变迁 282

17.4.2 器件形成工艺及其相容性 282

17.5　阻挡金属技术 283

17.5.1 Al布线接触部分的耐热性 283

17.5.2 利用阻挡金属提高耐热性 284

17.6　镶嵌布线 285

17.7　多层布线与平坦化 286

17.7.1　偏压溅射法 287

17.7.2　CMP 288

17.7.3　基于涂敷膜的平坦化 290

17.8　布线的可靠性 291

17.8.1 电迁徙 292

17.8.2 应力迁徙 294

第18章　后工序——封装 297

18.1　前工序与后工序 297

18.2　封装 298

18.3　三维实装 299

引用·参考文献 300