2011集成电路设计基础教学大纲

集成电路设计基础 课程教学大纲 课程名称 课程名称 集成电路设计基础 英文名称 英文名称 Fundamentals of Integrate Circuit Design 课程编码 课程编码 106219 学时学时 学分学分 44 2 5 课程性质课程性质 选修 适用专业 适用专业 电子科学与技术本科学生 先修课程先修课程 模拟电路 数字电路 电路分析 一 课程的目的与任务一 课程的目的与任务 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发展起来的重要新兴学科 是计算机 雷达 通讯 电子技术 自动化技术等信息科学的基础 而半导体工艺主要讨论集成 电路的制造 加工技术以及制造中涉及的原材料的制备 是现今超大规模集成 电路得以实现的技术基础 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 使学生掌握半导体集成电路制造技术的基本理 论 基本知识 基本方法和技能 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新技术 新 设备 新工艺 使学生具有一定工艺分析和设计以及解决工艺问题和提高产品 质量的能力 并为后续相关课程奠定必要的理论基础 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基础 二 教学内容及基本要求二 教学内容及基本要求 第一章 集成电路设计概述 教学目的和要求 了解微电子器件工艺发展简史 重点和难点 重点 微电子器件工艺流程 难点 微电子器件各个单项工艺之间的联系 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 2 个学时 1 1 集成电路 IC 的发展 1 2 当前国际集成电路技术发展趋势 1 3 无生产线集成电路设计技术 1 4 代工工艺 1 5 芯片工程与多项目晶圆计划 1 6 节集成电路设计需要的知识范围 1 7 集成电路设计相关的参考书 期刊和学术会议 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 集成电路制造技术概况 CMOS 电路设计与测试 集成电路设计 VLSI 设计及制造前景展望 辅助教学活动 第二章 晶体生长和晶片制备 教学目的和要求 了解 Czochralski 晶体生长法 区熔晶体生长法 晶片的制备 晶体定 向 重点和难点 重点 晶体定向 难点 衬底材料的制备技术 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 4 个学时 2 1 概述 2 2 硅 Si 2 3 砷化镓 GaAs 2 4 磷化铟 InP 2 5 绝缘材料 2 6 金属材料 2 7 多晶硅 2 8 材料系统 复习与作业要求 查阅网络信息 考核知识点 晶体管制造程序 晶体管结构 寄生效应 布线 趋肤效应 设 计规则 布局设计与工具 辅助教学活动 预习和复习 第三章 扩散 教学目的和要求 1 掌握杂质扩散机构 扩散系数 扩散流密度 菲克第一定律 扩散 方程 菲克第二定律 恒定表面源扩散 有限表面源扩散 两步扩散 扩散系 数与杂质浓度的关系 氧化性气体对扩散的影响 2 了解扩散的相互作用 横向扩散 金扩散 重点和难点 重点 扩散工艺 难点 扩散系数与扩散方程 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 6 个学时 3 1 扩散机构 3 2 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程 3 3 杂质的扩散掺杂 3 4 热扩散工艺中影响杂质分布的其他因素 3 5 扩散工艺条件与方法 3 6 扩散工艺质量与检测 3 7 扩散工艺的发展 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 杂质扩散机构 扩散系数与扩散方程 扩散杂质的分布 影响扩 散杂质分布的其它因素 扩散工艺 辅助教学活动 预习和复习 第四章 离子注入 教学目的和要求 1 掌握核阻挡机构 电子阻挡机构 非晶靶 单晶靶 双层靶 沟道效 应 2 了解注入损伤与退火 重点和难点 重点 注入离子的浓度分布 难点 核阻挡机构 电子阻挡机构 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 4 个学时 4 1 概述 4 2 离子注入原理 4 3 注入离子在靶中的分布 4 4 注入损伤 4 5 退火 4 6 离子注入设备与工艺 4 7 离子注入的其他应用 4 8 离子注入与热扩散比较及掺杂新技术 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 核阻挡和电子阻挡机构 注入离子的浓度分布 注入损伤与热退 火 辅助教学活动 预习和复习 第五章 外延 教学目的和要求 1 掌握 Si 气相外延的基本原理 外延掺杂 外延层中的杂 质分布 低压外延 选择外延与 SOS 外延 分子束外延 2 了解堆剁层错 原位气相腐蚀抛光 埋层图形漂移 自掺杂 重点和难点 重点 SOS 外延 分子束外延 难点 外延层中的杂质分布 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 6 个学时 5 1 概述 5 2 气相外延 5 3 分子束外延 5 4 其他外延方法 5 5 外延缺陷与外延层检测 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 硅气相外延的基本原理 外延掺杂及外延层中的杂质分布 低压 外延 选择外延与 SOS 外延 分子束外延 层错 图形漂移 辅助教学活动 预习和复习 第六章 氧化 教学目的和要求 1 掌握 SiO2结构与性质 SiO2掩蔽作用 热氧化生长动力学原理 扩散 控制及表面反应控制 热氧化过程中的杂质再分布 2 了解硅的局部氧化 氧化层错 重点和难点 重点 SiO2的掩蔽作用 难点 热氧化生长动力学原理 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 6 个学时 6 1 二氧化硅薄膜概述 6 2 硅的热氧化 6 3 初始氧化阶段及薄氧化层制备 6 4 热氧化过程中杂质的再分布 6 5 氧化层的质量及检测 6 6 其他氧化方法 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 SiO2的结构与性质 SiO2的掩蔽作用 热氧化生长动力学原理 影响氧化速率的因素 热氧化过程中的杂质再分布 SiO2 SiO2界面性质 辅助教学活动 预习和复习 第七章 其它薄膜制备方法 教学目的和要求 1 了解物理气相淀积 2 掌握化学气相淀积 包括 CVD 多晶 Si SiO2和氮化硅的淀积 重点和难点 重点 薄膜的化学气相淀积 难点 化学气相淀积的方法与条件 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 4 个学时 7 1 CVD 概述 7 2 CVD 工艺原理 7 3 CVD 工艺方法 7 4 二氧化硅薄膜的淀积 7 5 氮化硅薄膜淀积 7 6 多晶硅薄膜的淀积 7 7 CVD 金属及金属化合物薄膜 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 物理气相淀积 化学气相淀积 CVD 多晶硅的淀积 CVD SiO2 的淀积 CVD 氮化硅的淀积 金属的化学气相淀积 辅助教学活动 预习和复习 第八章 IC 版图设计 教学目的和要求 掌握光刻工艺流程 光致抗蚀剂的基本性质 分辨率 掩 模板的制造 掩模图形的形成 光学曝光 X 射线曝光 电子束直写式曝光 刻蚀技术 湿法腐蚀 干法刻蚀技术 重点和难点 重点 光刻工艺流程 难点 曝光与刻蚀技术 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 4 个学时 8 1 光刻掩膜版的制造 8 2 光刻胶 8 3 光学分辨率增强技术 8 4 紫外光曝光技术 8 5 其他曝光技术 8 6 光刻设备复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 光刻工艺流程 光致抗蚀剂的基本性质 掩模板的制造 X 射线 曝光 电子束直写式曝光 湿法腐蚀 干法刻蚀技术 辅助教学活动 预习和复习 第九章 集成电路工艺设计 教学目的和要求 掌握 CMOS 集成电路的工艺集成 双极集成电路的工艺集成 重点和难点 重点和难点 重点 CMOS 集成电路的工艺集成 难点 CMOS 集成电路与双极集成电路的工艺的区别 教学方法和手段 课堂教授与讨论 课时安排 4 个学时 9 1 芯片封装技术 9 2 集成电路测试技术 复习与作业要求 查阅网络信息 了解最新工艺技术 考核知识点 CMOS 集成电路的工艺集成 双极集成电路的工艺集成 辅助教学活动 预习和复习 三 课程教学的特色说明三 课程教学的特色说明 以集成电路为表征的微电子技术是信息时代的关键技术之一 它是技术进 步和经济发展的重要因素 作为计算机技术 自动控制 通信技术的基础技术 的集成电路不只是微电子类工程师所掌握 而应为越来越多的电子系统设计工 程师所了解和掌握 本课程系统介绍集成电路设计中的基础问题 MOS 晶体管 特性与分析 CMOS 集成电路设计与制造 寄生效应与延时 工艺和版图设计规则 集成电路 各种电路类型 分析和设计方法以及电路 版图设计优化等基本问题 通过本课程学习 将为非微电子专业的工程研究生从事集成电路开发设计 和 VLSI 的应用开发打下较为全面的必要的专业基础 四 考试大纲四 考试大纲 1 考试的目的与作用 考试的目的是为了让学生更好的掌握该课程的基本知识和应用技术 促进 学生积极学习 其作用可以考核学生是否达到基本要求和应有的水平 2 考核内容与考核目标 IC 制造材料 IC 制造工艺 无源元件 IC 有源元件与工艺流程 MOS 场效应管特性 SPICE 的集成电路模拟 IC 版图设计 集成电路的测 试和封装 MOS 基本电路 CMOS 静态传输逻辑电路 CMOS 静态恢复逻辑 电路 CMOS 动态恢复逻辑电路 时序电路 模拟集成电路与模数混合集 成电路 3 主要参考书 集成电路设计基础 清华大学出版社 2004 年 VLSI 设计概论 清华大学出版社 2002 年 4 课程考试内容与教材的关系 课程考试内容与教材紧密相连 基本上可以概括教材的基本知识 基本要 求和基本技能 5 分章节的考核知识点 第一章 集成电路制造技术概况 第二章 晶体管制造程序 晶体管结构 寄生效应 趋肤效应 第三章 扩散系数与扩散方程 扩散杂质的分布 影响扩散杂质分布的其它因 素 扩散工艺 第四章 注入离子的浓度分布 第五章 选择外延与 SOS 外延 分子束外延 第六章 SiO2的掩蔽作用 热氧化生长动力学原理 影响氧化速率的因素 第七章 CVD 多晶硅的淀积 CVD SiO2的淀积 CVD 氮化硅的淀积 第八章 光刻工艺流程 光致抗蚀剂的基本性质 掩模板的制造 电子束直写 式曝光 湿法腐蚀 第九章 CMOS 集成电路的工艺集成 6 题目类型与考核方式 填空题 选择题 计算题 考核方法为闭卷考试 7 成绩评定办法 考试比例 80 平时成绩 20 五 学时分配 学时分配表 教学环节 教学时数 课程内容 讲 课 实 验 习 题 课 其 它 小 计 第一章 绪论22 第二章 晶体生长和晶片制备44 第三章 扩散66 第四章 离子注入44 第五章