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1、半导体集成电路课程教学大纲包括集成电路制造根底和集成电路原理及设计两门课程 集成电路制造根底课程教学大纲课程名称：集成电路制造根底英文名称：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进展起来的重要兴学科，是计算机、雷达、通讯、电子技术、自动化技术等信息科学的根底，而半导体工艺主要争论集成电路的制造、加工技术以及制造中涉 及的原材料的制备，是现今超大规
2、模集成电路得以实现的技术根底，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，使学生把握半导体集成电路制造技术的根本理论、根本学问、根本方法和技能，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技术、设备、工艺， 使学生具有确定工艺分析和设计以及解决工艺问题和提高产品质量的力气。并为后续相关课 程奠定必要的理论根底，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根底。二、教学根本要求：1、把握硅的晶体构造特点，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
3、境、水、气体、试剂等方面的要求；把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、原理和方法及把握 技术。2、把握 SiO2构造及性质，硅的热氧化，影响氧化速率的因素，氧化缺陷，掩蔽集中所需最小 SiO2层厚度的估算；了解 SiO2薄膜厚度的测量方法。3、把握杂质集中机理，集中系数和集中方程，集中杂质分布；了解常用集中工艺及系统设备。4、把握离子注入原理、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、把握溅射、蒸发原理，了解系统组成，形貌及台阶掩盖问题的解决。6、把握硅化学汽相淀积CVD根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
4、造。7、把握外延生长的根本原理；理解外延缺陷的生成与把握方法；了解硅外延进呈现状及外延参数把握技术。8、把握光刻工艺的原理、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；了解光刻缺陷把握和检测以及光刻工艺技术的最动态。9、把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根本要求，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、把握双极、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治理根底学问、统计技术应用和生产的过程把握技术。三、课程内容：1、介绍超大规模集成电路制造技术的历史、进呈现状、进展
5、趋势；硅的晶体构造特点；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构造及性质，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，掩蔽集中所需最小 SiO2层厚度的估算，SiO2薄膜厚度的测量。3、杂质集中机理，集中系数和集中方程，集中杂质分布，常用集中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、真空技术根底学问，真空系统组成，等离子体根本原理及应用。蒸发和溅射系统组成及工作
6、原理，形貌及台阶掩盖问题的解决。6、化学汽相淀积CVD根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把握，外延层杂质浓度分布、外延缺陷把握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，光刻缺陷把握及检测，光刻技术分类光学光刻， 非光学光刻；最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构造组成。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UL
7、SI 集成电路对金属性能的根本要求，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治理根底学问，统计技术和生产的过程把握技术。工程学时数讲课习题课争论课试验课其他合计四、学时安排：1. 集成电路制造技术概述2. 硅的晶体构造、衬底制备与加工环境1413.氧化44.集中45.离子注入26.物理气相淀积27.化学气相淀积28. 外延39.光刻510.金属化与布线技术211.集成电路制造工艺集成2合计32五、课程试验内容及要求由于学校学时和设备条件限制，未开设试验课程六、教材及参考书：教材：硅集成电路工艺根底，关旭东，北京大学出版
8、社，2023 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，2023 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，2023 年 1 月3、芯片制造半导体工艺制程有用教程第四版，美Peter Van Zant 著，赵树武等译，电子工业出版社，2023 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 Michael D.Deal Peter B.Griffin 著，电子工业出版社，2023 年 4 月七
9、、说明：该课程为集成电路中实践性很强的工程技术类课程，建议结合微电子争论所现有条件 (如超净试验室、溅射仪等)，尽快开设出相应试验课程。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：包括试验：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根底必修课。该课程在电路分析、模拟电路、数字电路、半
10、导体物理等课程的根底上，全面系统地介绍半导体集成电路的根本原理、根本电路和根本分析方法。课程全部内容分为四局部：第一局部介绍集成电路的根底学问和根本电路模型，其次局部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，第三局部争论集成电路的设计方法和步骤，并进展上机模拟仿真练习。第四局部为试验，学生利用 Tanner 集成电路设计软件系统进展电路设计与仿真。二、教学根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；把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；要求学生把握集成电路传统设计方法和近现代设计方法的差异
11、以及典型的集成电路设计方法； 把握在 Tanner 系统中利用Sedit 模块进展电路图设计并对电路进展直流分析、瞬态分析； 利用 Ledit 进展幅员设计，满足设计规章，并进展幅员与电路图全都性的检查，得到最终的幅员，并且对幅员进展验证，提取相关参数。三、课程内容第一局部 集成电路的根底学问和根本电路模型第一章 集成电路的根本制造工艺把握集成电路的根本制造原理和工艺，了解 MOS 与 BiCMOS 的制作过程和工艺。其次章 集成电路中的晶体管及其寄生效应把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缘由及影响。第三章 集成电路中的无源元件；把握集成电阻器、集成电容器和互连在工艺
12、上的处理方法。其次局部 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 晶体管晶体管规律电路TTL理解 TTL 电路在集成电路中的重要作用，了解各种简洁 TTL 电路的级连和作用以及TTL 电路的规律扩展。第五章 放射级耦合规律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 电路的规律扩展功能。第六章 集成注入规律I2L电路理解 I2L 单元电路的工作原理，电路正常工作的条件，电路规律组合以及工艺和幅员设计。第七章 MOS 反相器把握 MOS 反相器的作用和原理，了解 MOS 反相器的差异和功能以及规律功能扩展。第八章 MOS 根本规律单元把握 MOS 根本
13、单元电路的构造特点，级联级负载的设定方法，影响电气和物理构造的设计因素，以及各种规律类型的比较。把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 规律功能部件把握多路开关、加法器、进位链、算数单元以及存放器的工作原理。第十章 存储器把握存储器的分类，各种存储器的存储原理，特点和存在的问题，将来存储器的进展方向。第十一章 接口电路把握双极型集成电路之间的接口电路，TTL 和 MOS 规律系列之间的接口电路，把握接口电路的构成和工作原理。第三局部 集成电路的设计方法和步骤第十七章 集成电路设计概述把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
14、工艺模拟和器件物理特性的模拟把握工艺模拟的作用和工艺模拟的求解方法和器件模型。其次十章 集成电路设计方法把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。试验 Tanner 系统把握 Sedit 模块建立电路图的方法，以及对电路图进展各种分析的方法；把握利用 Ledit 建立幅员的方法以及幅员设计中的规章。四、学时安排：总 56 学时，授课 42 学时章节内容学时第一章集成电路的根本制造工艺2其次章集成电路中晶体管及其寄生效应4第三章集成电路中的无源元件2第四章晶体管晶体管规律TTL电路4习题课其次章、第四章习题讲解2第五章放射极耦合规律ECL电路2第六章集成注入规律I2L电
15、路2第七章MOS 反相器4习题课第六章、第七章习题解析2第八章MOS 根本规律单元4第九章MOS 规律功能部件2第十章存储器2第十一章接口电路2第十七章集成电路设计概述2其次十章集成电路设计方法2试验Tanner 介绍2总复习课程内容重点回忆与总复习2试验要求把握S-edit的工作环境以及电路图的建立方法五、课程试验内容及要求试验 14 学时试验名称试验内容学时使用SEdit 设利用 S-edit 建立简洁的试验一计简洁规律电规律电路2路简洁规律电路对反相器进展瞬时分析依据电路图进展电路性能分试验二的瞬时分析和和直流分析2析，并且把握电路构成和性能直流分析全加器电路设利用 S-edit 建立全
16、加器之间的关系把握全加器电路的构成，工作试验三计与瞬时分析电路，并对全加器电路2原理，以及瞬态特性试验四位加法器电进展瞬态特性分析在 S-edit 中进展四位加把握四位加法器的电路构成，试验四路设计与仿真法器的设计，并进展电2工作原理以及电路的特性。使用LEdit 画路性能分析利用 L-edit 模块进展把握 L-edit 进展幅员设计的试验五PMOS 布局图PMOS 的简洁布局2方法，以及个图层的含义和设使用LEdit 画利用 L-edit 模块进展反计规章。把握 L-edit 进展幅员设计的试验六反相器布局图相器的简洁布局2方法，以及个图层的含义和设计规章。四位加法器标利用自动布局布线实现
17、把握四位全加器自动配置和准原件自动配幅员的设计绕线的方法，并对设计结果进试验七置与绕线2行检验，保证幅员和电路图的全都性。通过本课程试验局部的学习，让学生把握集成电路设计软件的使用方法。课程表达集成电路从电路设计、电路性能分析到幅员设计的过程，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，通过试验学习来培育学生的集成电路设计力气。要求学生在学完本课程后，具备集成电路电路与幅员设计的初步力气，能娴熟使用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 2023 年参考书：张延庆 半导体集成电路 上海科学技术出版社
18、2023 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 北京期望电子出版社 2023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 2023 试验指导书：试验指导书为自主编写的集成电路原理与设计试验指导书，特地为该课程设计，具有很强的针对性，能够帮助学生做好试验预备。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。本课程上课与试验的学时比为 3：1，作业为每章后面 35 个习题，另外还要补充一下课外习题。本课程的教学方法承受计算机多媒体教学，内
19、容承受Powerpoint 与板书相结合的形式。八、考核方法总评成绩以百分制计算，由寻常成绩和期末成绩两局部组成。寻常成绩占 10，包括考勤和作业；本课程试验局部的考核通过上机试验进展考核，在规定时间完成相应的仿真操作得到正确的结果。试验成绩占整个课程成绩的 20%；期末考试成绩占 70，考试内容包括根本概念和根本原理以及仿真设计，重点是四种数字集成电路工作原理和规律功能扩展以及具体电路设计和幅员设计。九、制定者集成电路原理及设计课程设计者李薇薇，微电子学与固体电子学专业博士，从事本课程教学 7 年。大纲撰写人：李薇薇学科负责人：赵红东学院负责人：杨瑞霞制修定日期：2023 年 9 月【本文由大学生电脑主页 dxsdiannao 大学生的百事通收集整理】