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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VLSI46

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VLSI62

4.6.1 图像处理VLSI62

4.6.2 通信VLSI63

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　SRAM67

5.3　DRAM69

5.4　掩膜ROM72

5.5　浮置栅存储器73

5.5.1 可编程ROM73

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VLSI77

第6章　模拟VLSI78

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VCO109

7.2.2 环形振荡器型VCO111

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LSI163

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　FeRAM182

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　PVD259

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　CVD261

16.3.1　CVD法绝缘膜及其反应气体262

16.3.2　常压、低压CVD263

16.4　等离子体CVD263

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SOD272

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　CMP288

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