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谭莉 编

图书标签:

• 集成电路
• 版图设计
• VLSI
• EDA
• 芯片设计
• 半导体
• IC设计
• 电路设计
• 电子工程
• 工艺规则

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111532453

版次：1

商品编码：11930715

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 高职高专机电类教学改革规划教材 21世纪高职高专电子信息类规划教材

开本：16开

出版时间：2016-06-01

用纸：胶版纸

页数：134

内容简介

　　本书根据集成电路设计的特点，结合集成电路制造和封装测试的有关知识和技术，系统介绍了MOS管集成电路设计的有关基础理论知识、半导体集成电路基本加工工艺和设计规则，分析了典型数字集成电路的设汁方法及实现过程，引入了一些常见的数字集成电路设计实例。
　　本书设置了6个项目，主要包括反相器电路图设计，PMOS、NMOS版图设计，反相器版图设计，反相器版图与电路图一致性检查，与非门电路图与版图设计，异或门电路图与版图设计。内容浅显易懂，层层深入，编写新颖，实用性、创新性强。本书可作为高职高专院校机电类、电子类相关专业的教材，也可供电子、电气行业的技术人员参考。
　　为方便教学，本书配有免费电子课件、习题与思考详解、模拟试卷及答案等，凡选用本书作为授课教材的学校，均可来电免费索取。咨询电话：010��88379375；Email:cmpgaozhi@sina�眂om。

目录

前言
项目1反相器电路图设计
项目任务描述
任务1.1设计任务与学习内容
1.1.1设计任务
1.1.2学习内容
1.1.3集成电路发展概况
1.1.4集成电路的设计特点和
方法
1.1.5集成电路的设计流程
简介
1.1.6软件简介
任务1.2学习步骤
1.2.1启动S�睧dit电路图编辑器，
画反相器原理图
1.2.2对反相器进行瞬时分析
1.2.3对反相器进行直流分析
任务1.3补充知识
项目小结
习题与思考
项目2PMOS、NMOS版图设计
项目任务描述
任务2.1设计任务与学习内容
2.1.1设计任务
2.1.2学习内容
2.1.3版图的设计方法
2.1.4集成电路工艺介绍
2.1.5版图中的绘图层
2.1.6CMOS制造工艺简介
2.1.7设计规则检查
任务2.2学习步骤
2.2.1启动L�睧dit版图编辑器，
画PMOS版图
2.2.2画NMOS版图
任务2.3补充知识
2.3.1L�睧dit中的组件
2.3.2复制组件
2.3.3部分工具栏图标的含义
2.3.4利用横截面观察器观察
视图的操作方法
2.3.5L�睧dit功能特点
项目小结
习题与思考
项目3反相器版图设计
项目任务描述
任务3.1设计任务与学习内容
3.1.1设计任务
3.1.2学习内容
任务3.2学习步骤
任务3.3补充知识
3.3.1器件的失配问题
3.3.2版图验证
3.3.3版图的提取
项目小结
习题与思考
项目4反相器版图与电路图
一致性检查
项目任务描述
任务4.1设计任务与学习内容
4.1.1设计任务
4.1.2学习内容
任务4.2学习步骤
任务4.3补充知识
项目小结
习题与思考
项目5与非门电路图与版图设计
项目任务描述
任务5.1设计任务与学习内容
5.1.1设计任务
5.1.2学习内容
任务5.2学习步骤
5.2.1启动S�睧dit电路图编辑器，
画与非门原理图
5.2.2对与非门进行瞬时分析
5.2.3启动L�睧dit版图编辑器，
画与非门版图
任务5.3补充知识
5.3.1或非门的版图设计
5.3.2版图和工艺之间的关系
5.3.3电路图和版图之间的
关系
项目小结
习题与思考
项目6异或门电路图与版图设计
项目任务描述
任务6.1设计任务与学习内容
6.1.1设计任务
6.1.2学习内容
任务6.2学习步骤
6.2.1启动S�睧dit电路图编辑器，
画异或门原理图
6.2.2对异或门进行瞬时分析
6.2.3启动L�睧dit版图编辑器，
画异或门版图
任务6.3补充知识
项目小结
习题与思考
附录L�睧dit版图编辑器中文件类型
与扩展名对照表
参考文献

前言/序言

　　版图设计是集成电路产品设计中重要的一环。IC版图设计师往往是根据产品前端设计线路或文件要求，按照工艺设计规则设计产品的版图，主要职责是通过EDA设计工具，进行集成电路后端的版图设计和验证。本书是结合企业实际设计项目的特点，针对学生的实践能力和再学习能力的培养而编写的。
　　本书设置了6个项目，每个项目都先介绍与版图设计相关的微电子技术，然后结合版图设计工具的使用方法介绍项目的设计过程。学生在掌握版图设计的过程中也学会了软件的使用方法，便于在工作后能很快熟悉相关的版图设计工作。
　　本书项目1和项目2由谭莉编写，项目3和附录由方羽编写，项目4由钟国文编写，项目5由黄卫华编写，项目6由朱达亮和雷莹编写。谭莉担任主编并负责统稿，方羽和黄卫华担任副主编。
　　由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请读者给予批评指正。
　　编者

《半导体工艺集成与制造流程解析》 内容概要： 本书旨在深入剖析半导体芯片从设计理念走向物理实体的全过程，重点聚焦于芯片制造的核心环节——半导体工艺集成与制造流程。我们不再是停留在版图设计层面，而是将目光投向更为宏观的工艺制造技术，以及支撑这些技术的集成与协调。本书将引导读者理解，一个功能强大的芯片背后，究竟经历了怎样复杂而精密的物理与化学转化。 第一章：集成电路制造的宏观图景 本章将为读者勾勒出整个集成电路制造的宏大蓝图。我们将从半导体材料的起源出发，简要介绍硅晶圆的制备过程，这是所有集成电路的基石。随后，我们将宏观地审视一条完整的芯片制造生产线，从晶圆厂（Fab）的洁净室环境，到光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等关键工艺单元。我们将强调工艺集成的重要性，理解不同单元工艺之间如何相互依赖，共同完成芯片的层层构建。此外，本章还将介绍当前半导体制造面临的挑战，例如摩尔定律的延续性、制造成本的压力以及先进工艺节点的开发难度，从而为后续深入章节的学习奠定基础。 第二章：先进光刻技术的核心原理与发展 光刻是集成电路制造中最关键、最具挑战性的工艺之一。本章将深入解析先进光刻技术的原理，包括但不限于： 光学成像原理： 详细讲解投影光刻机的基本原理，如紫外线（UV）、深紫外线（DUV）以及极紫外光（EUV）在分辨率上的影响。我们将分析光学分辨率的极限，以及如何通过提高数值孔径（NA）、缩短曝光波长来克服衍射限制。 掩模版制造与精度要求： 探讨掩模版的制备工艺，包括电子束光刻（EBL）在掩模版制造中的作用，以及掩模版缺陷检测与修复的重要性。我们将量化掩模版上的图案尺寸与最终晶圆上图形尺寸的关系，以及掩模版的精度对芯片性能的影响。 光刻胶的化学机制： 详细介绍光刻胶的组成、光化学反应以及显影过程。我们将分析正性光刻胶与负性光刻胶的工作原理，并探讨高分辨率光刻胶的发展趋势，如化学放大胶（CAR）和先进的EUV光刻胶。 先进光刻技术： 重点介绍多重曝光（Multi-patterning）技术，如线切割（LELE）、空间分割（SD）、层叠分割（LD）等，以及其在纳米级线宽制造中的应用。随后，我们将详细阐述极紫外光（EUV）光刻技术的原理、优势、挑战以及其在7nm及以下工艺节点中的地位。我们将探讨EUV光源的产生方式（如LPP）、反射式光学系统以及EUV掩模版（反射式掩模版）的特殊性。 光刻工艺优化： 分析影响光刻精度的关键因素，包括焦深、曝光剂量、显影时间、光学邻近效应（OPC）和图案化质量（MIP）等。我们将介绍OPC等设计规则检查（DRC）和版图几何修正（LVS）在光刻中的应用，以补偿光刻过程中的物理失真。 第三章：刻蚀工艺的化学与物理机制 刻蚀是选择性地去除晶圆表面不需要材料的关键工艺。本章将深入解析刻蚀的原理和技术： 干法刻蚀（Dry Etching）： 重点介绍等离子体刻蚀，包括反应离子刻蚀（RIE）的原理、等离子体源（如CCP、ICP）的差异以及其对刻蚀速率、选择比和各向异性的影响。我们将深入探讨化学刻蚀和物理溅射刻蚀的结合，以及如何通过调整气体组分、等离子体参数（功率、压力、温度）来控制刻蚀过程。 湿法刻蚀（Wet Etching）： 介绍湿法刻蚀的原理、使用的化学试剂（如HF、H3PO4、HCl）以及其特点，包括高选择比、低成本但通常为各向同性。我们将分析湿法刻蚀在特定应用场景下的优势，如晶圆清洗、去除保护层等。 先进刻蚀技术： 详细介绍原子层刻蚀（ALE）的原理，它通过化学吸附和脱附的循环实现精确的原子层级去除，以应对极小的线宽和高深宽比（High Aspect Ratio, HAR）结构的需求。我们将分析ALE在刻蚀精确度、表面形貌控制以及避免侧壁损伤方面的优势。 刻蚀过程的控制与优化： 分析影响刻蚀过程的因素，如刻蚀速率、选择比（对目标材料和非目标材料）、均匀性、各向异性以及侧壁形貌。我们将讨论如何通过工艺参数调整（例如，气体流量、反应温度、基底偏压）和新材料的应用来优化刻蚀效果。 第四章：薄膜沉积技术：构建芯片的层叠结构 薄膜沉积是为芯片构建导电、绝缘和半导体层的核心工艺。本章将详述各种薄膜沉积技术： 物理气相沉积（PVD）： 重点介绍溅射（Sputtering）和蒸发（Evaporation）技术。我们将分析不同溅射源（如磁控溅射）的工作原理，以及如何控制沉积速率、薄膜的密度、晶粒尺寸和表面形貌。我们将讨论PVD在金属导线、阻挡层和缓冲层沉积中的应用。 化学气相沉积（CVD）： 详细介绍CVD的原理，包括低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）和高密度等离子体CVD（HDPCVD）。我们将分析不同CVD方法的反应机理、工艺温度、前驱体选择以及它们对薄膜成分、均匀性、致密性和应力的影响。我们将重点关注介质层（如SiO2、SiN）、多晶硅（Poly-Si）以及金属前驱体（如W, Al, Ti）的CVD沉积。 原子层沉积（ALD）： 深入解析ALD的自限性反应原理，强调其在实现原子层级别的厚度控制、优异的共形性（Conformal Coverage）以及低损伤方面的独特优势。我们将重点讨论ALD在高性能栅介质、深沟槽填充以及二维材料沉积中的关键作用。 外延生长（Epitaxy）： 介绍外延生长的原理，包括化学气相外延（CVE）和分子束外延（MBE）。我们将重点阐述其在制备高质量半导体薄膜（如SiGe、III-V族化合物半导体）方面的应用，以及在高频、高性能器件设计中的重要性。 薄膜特性分析与控制： 讨论如何通过工艺参数（如温度、压力、气体流量、基板温度）来控制薄膜的厚度、成分、结晶度、导电性、绝缘性、应力以及表面形貌。我们将介绍常用的薄膜表征技术，如椭偏仪、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等。 第五章：离子注入与热处理：改变材料的电学特性 离子注入和热处理是调控半导体材料电学性质的关键工艺。本章将深入探讨： 离子注入： 详细讲解离子注入的原理，包括离子源、加速器、质量分离和注入过程。我们将分析不同注入参数（如注入能量、剂量、角度）对掺杂浓度、深度分布以及损伤的影响。我们将重点介绍P型和N型掺杂材料（如B, P, As）的注入。 退火（Annealing）： 介绍不同类型的退火工艺，包括快速热退火（RTA）、扩散退火和氮化退火。我们将分析退火的目的，例如激活注入的掺杂剂、修复注入损伤、促进界面形成、降低薄膜应力以及形成特定的化合物。我们将探讨不同退火温度、时间和气氛对材料性能的影响。 掺杂剂的激活与扩散： 深入分析离子注入后掺杂剂的激活机制，以及在高温退火过程中掺杂剂的扩散行为。我们将讨论如何控制掺杂剂的分布，以满足器件性能的要求。 热氧化与氮化： 介绍在高温下利用氧气或氮气在硅表面形成二氧化硅（SiO2）和氮化硅（SiN）薄膜的过程。我们将分析这些薄膜在器件中的作用，如绝缘层、掩蔽层和钝化层。 第六章：晶圆制造的集成控制与质量保证 本章将聚焦于整个晶圆制造过程中的集成控制和质量保证体系，这是确保芯片性能和良率的基石。 工艺流程的协同与优化： 强调不同工艺单元之间环环相扣的关系，以及如何通过全局的工艺集成来优化整体性能。例如，光刻的精度直接影响刻蚀的图案，刻蚀的深度和侧壁形貌影响后续薄膜的沉积。 计量与检测（Metrology & Inspection）： 详细介绍在制造过程中用于监控和测量关键工艺参数的技术，如厚度测量、线宽测量、缺陷检测、形貌分析等。我们将讨论在不同工艺阶段使用的关键检测设备和技术（如SEM, TEM, AFM, CD-SEM）。 良率管理与失效分析： 阐述良率（Yield）在芯片制造中的重要性，以及如何通过数据分析、统计过程控制（SPC）来识别和解决影响良率的潜在问题。我们将介绍失效分析（FA）的流程和方法，以及如何从失效的芯片中追溯到制造过程中的根本原因。 洁净室环境控制： 强调超洁净环境对芯片制造的极端重要性。我们将讨论洁净室的等级划分、颗粒物控制、温湿度控制以及人员和物料的管理，以防止生产过程中发生任何污染。 先进工艺节点下的制造挑战： 探讨随着技术节点不断缩小，制造过程中遇到的新挑战，如表面粗糙度、量子效应、应力效应、漏电问题以及新的材料应用（如高介电常数材料、金属栅极）。 第七章：新兴制造技术与未来展望 本章将带领读者展望半导体制造的未来发展趋势。 三维集成（3D Integration）： 介绍垂直堆叠芯片（如3D NAND, 3D DRAM）和片上系统（SoC）的集成技术，分析其在提升性能、减小尺寸和降低功耗方面的优势。 异质集成（Heterogeneous Integration）： 探讨将不同类型芯片（如CPU, GPU, AI加速器, 存储器）通过先进封装技术（如2.5D, 3D封装, Chiplets）集成在一起的趋势。 新材料的应用： 介绍如二维材料（如石墨烯, MoS2）、新型半导体材料（如GaN, SiC）以及其他功能材料在下一代芯片中的潜在应用。 人工智能与自动化在制造中的应用： 探讨AI和机器学习如何在工艺优化、缺陷检测、预测性维护和良率提升等方面发挥越来越重要的作用。 可持续制造与绿色工艺： 关注半导体制造过程中的环境影响，以及如何通过开发更环保的工艺和材料来推动可持续发展。 本书适合集成电路设计、制造、封装领域的工程师、研究人员以及对半导体制造技术感兴趣的学生和技术爱好者阅读。通过本书的学习，读者将能够建立起对芯片制造全过程的系统性认识，理解工艺集成在实现高性能芯片中的关键作用，并对半导体行业的未来发展趋势有更深刻的洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格简直是教科书级别的典范！我之所以这么说，是因为它在知识的组织和传达上，做到了逻辑清晰、循序渐进，而且语言非常严谨且富有条理。作者并没有一股脑地灌输所有知识点，而是层层剥开，先从最基础的版图设计目的和基本概念讲起，比如什么是设计规则（DRC）、什么是延时（timing）等，然后逐步深入到具体的设计流程，如逻辑综合、布局布线、物理验证等。更让我欣赏的是，书中在介绍每个重要概念时，都会给出清晰的定义，并引用相关的标准或行业术语，这对于我这种需要精确理解专业知识的学习者来说，至关重要。例如，在讲解版图寄生参数提取时，作者详细阐述了各种提取方法（如R-C提取、L提取），并分析了它们的优缺点和适用场景，让我对这个过程有了系统性的认识。此外，书中还穿插了大量的“小贴士”和“注意事项”，这些细节往往是经验丰富的工程师才会在意的地方，书中能够将这些宝贵的经验总结出来，对我而言是无价的。这种严谨而又实用的讲解方式，让我觉得自己在阅读一本真正有分量的专业书籍，而不是一本简单的入门指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书在知识的广度和深度上的平衡处理得恰到好处。作为一本“简明教程”，它并没有试图涵盖所有复杂的先进技术，而是聚焦于集成电路版图设计中最核心、最基础的部分。我了解到，虽然集成电路技术日新月异，但掌握好基础的版图规则、布局布线原则、以及物理验证流程，对于理解和掌握任何新技术的版图设计都至关重要。书中对基本逻辑门电路、存储单元（如SRAM）的版图结构进行了细致的讲解，让我对数字集成电路的实现有了初步的认识。同时，它也触及了一些模拟电路版图设计的基本要素，例如对匹配、对称性等要求的强调，虽然不深入，但为我后续接触模拟设计打下了基础。我尤其喜欢书中关于“设计规则”（DRC）和“设计 for Manufacturability”（DFM）的章节，它让我明白了为什么版图设计不能随心所欲，而是必须遵循严格的工艺约束，这对于理解芯片良率和可靠性至关重要。尽管它不是一本“百科全书”，但它提供的基础知识体系是扎实的，能够支撑我向更高级的领域迈进。

评分☆☆☆☆☆

这本书在语言表达上，巧妙地融合了学术的严谨性和沟通的易懂性，这让我觉得读起来既高效又不费力。作者在撰写过程中，似乎非常注重读者的反馈和理解程度。例如，在解释一些比较复杂的概念时，作者会先用一个简单的比喻或者类比来引入，然后再给出专业的定义和解释，这种方式大大降低了我的认知负荷。我发现，书中很少出现那种晦涩难懂、堆砌专业术语的句子，而是尽可能地使用清晰、简洁的语言来描述。即使在讲解如版图寄生参数的计算公式时，作者也会对公式中的各项符号进行详细的解释，并说明其物理意义，这让我能够真正理解公式背后的逻辑，而不是死记硬背。此外，书中在段落之间的过渡非常自然，逻辑连接紧密，使得整个阅读流程非常顺畅，不会出现“断层”的感觉。我甚至觉得，这本书的语言风格，比我之前看过的某些大学教材还要易于理解，因为它更像是经验丰富的工程师在传授自己的“独门秘籍”，而不是冰冷的学术论文。

评分☆☆☆☆☆

我最看重一本技术书籍的实践指导性，而《集成电路版图设计简明教程》在这方面做得非常到位。它不仅仅停留在理论层面，而是给出了大量可操作的步骤和示例。比如，在介绍如何使用EDA工具进行版图编辑时，书中详细描述了常用工具的功能面板、菜单选项以及鼠标操作的技巧，甚至连一些快捷键都给出了建议。更令人惊喜的是，书中还包含了一些简单的“项目”示例，比如如何绘制一个基本的CMOS反相器版图。作者一步一步地指导读者完成从原理图到版图的转换，包括单元的实例化、端口的连接、金属层的绘制、通孔的添加等等。并且，书中还指导读者进行基本的DRC检查和LVS（Layout Versus Schematic）验证，让我第一次亲身体验到了版图设计的严谨性。这种“手把手”的教学方式，对于我这种喜欢边学边练的人来说，简直是福音。我跟着书中的步骤，在自己的电脑上模仿操作，确实能够完成一些基础的版图绘制任务，这极大地增强了我的动手能力和学习兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的插图真是太出色了！我之前尝试过几本介绍版图设计的书籍，但总觉得概念模糊，难以理解。而这本《集成电路版图设计简明教程》在这一点上做得非常到位。它用了大量精美的示意图、流程图和实际版图截图，将原本抽象的设计流程和规则具象化了。特别是那些三维渲染图，能够清晰地展现出不同工艺层之间的堆叠关系，让我一下子就明白了掩膜（mask）是如何一层层“雕刻”出最终芯片结构的。以前我总是对“梁”（via）和“通孔”（contact）感到混淆，看了书里的图解后，它们之间的区别和作用立刻豁然开朗。即使是对于那些复杂的物理效应，比如寄生效应的产生，书中也配有相应的剖面图，帮助我从微观层面理解这些问题。不仅如此，作者还非常巧妙地将理论知识与实际操作结合起来，例如在介绍标准单元布局时，会插入实际流片成功的版图照片，并标注关键的设计区域，这让我非常有成就感，仿佛自己也能做出这样的东西。这种“看得见”的学习方式，极大地降低了学习门槛，让我这个初学者也能快速入门，并且对后续更深入的学习充满信心。