2024年全国职业院校技能大赛GZ099 集成电路应用开发赛题第1套

GZ-0992024

集成电路应用开发赛项来源于集成电路行业真实工作

任务，由“集成电路设计验证”、“集成电路工艺仿真”、“集成

电路测试开发”三个模块组成。

一、集成电路设计验证

（一）子任务1

使用集成电路设计软件，根据下面功能要求，使用

0.18μm工艺PDK，设计集成电路原理图并进行功能仿真；在

此基础上完成版图设计和验证。

1.任务要求

设计一个鉴幅器，它有两个稳定状态，从一个状态到另

一个状态的转换取决于输入信号的幅度，可以将非矩形脉冲

变成矩形脉冲。

2.操作过程

（1）根据给定的工艺库选择P和N两种MOS管,其沟

道长度均为1.5μm，MOS管数量尽量少。

（2）设置电路引脚，包括1个电源VCC（电源值为5V）、

1个地信号GND、1个输入信号端VIN、1个信号输出端

VOUT。

（3）根据裁判现场抽取确定VTP、VTN值，选手运行

仿真程序，确定相应管子的沟道宽度，并展示输出结果。

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（4）完成版图设计，需考虑放置焊盘和布局的合理性，

并且版图面积尽量小。

（5）通过DRC检查与LVS验证。

3.现场评判要求

（1）只允许展示已完成的电路图、仿真图、DRC检查

和LVS验证结果、版图及尺寸。

（2）不能进行增加、删除、修改、连线等操作。

（二）子任务2

利用给定的FPGA芯片内部资源，根据要求设计逻辑模

块，完成功能仿真验证并下载至FPGA芯片验证功能。

1.任务要求

（1）FPGA应用系统板开发

比赛用FPGA应用系统板分成两部分，一部分是比赛现

场提供的已经设计完成的FPGA应用基础板，另外一部分是

需要选手设计焊接的FPGA应用开发板。

首先根据比赛所提供的PCB板和电子元器件以及相关

装配图等，进行FPGA应用开发板的设计及焊接；在此基础

上将比赛现场提供的FPGA应用基础板装接到FPGA应用开

发板上，形成完整的FPGA应用系统板。

（2）FPGA程序设计与下载验证

设计一个状态机，该状态机包括1个时钟信号，1个信

号输入端IN和3个信号输出端OUT1、OUT0、HZ。状态机

的状态转移要求如表1所示，在CLK上升沿触发进行状态

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转移。比赛选手采用VerilogHDL语言，并使用相关软件完

成电路设计和功能仿真，并将设计下载到FPGA应用系统板

上进行功能验证。

表1状态转移表

序号状态转移转移条件

100—>010/0

201—>100/0

310—>110/0

411—>000/1

500—>111/1

611—>101/0

710—>011/0

801—>001/0

2.操作过程

（1）采用FPGA应用系统板频率为32MHz的晶振；

（2）选手设计一个分频器，将32MHz进行分频，产生

的信号作为表1所示状态机的时钟输入；

（3）设计表1所示的状态机；

（4）使用VerilogHDL设计七段数码管译码电路；

（5）将OUT1OUT0组合的二进制数经译码后，送到

FPGA应用系统扩展板的七段数码管上进行显示，从数码管

上直接读出0，1，2，3这四个数。

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3.现场评判要求

（1）只允许展示已完成的电路图、验证结果等。

（2）FPGA系统板不能进行增加、删除、修改、连线等

操作。

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二、集成电路工艺仿真

（一）子任务1

基于集成电路工艺仿真平台，回答集成电路制造环节相

关知识方面的问题。

1.单选题

（1）二氧化硅厚度的测量方法中最精确的是：（）。

A、比色法

B、光学干涉法

C、椭圆偏振光法

D、红外法

（2）视频中正在进行塑封作业，若①部件闭合压力不足，

可能会造成（）。

A.塑封料填充不足

B.开模失败

C.溢料

D.塑封体变色

（3）二氧化硅的干法刻蚀所采用的等离子体为（）。

A、Cl*

5

B、F*

C、Ar*

D、P*

（4）使用有机溶剂清洗时，按（）的顺序进行才能收到

良好的效果。

A、乙醇→丙酮→甲苯

B、丙酮→甲苯→乙醇

C、甲苯→丙酮→乙醇

D、丙酮→乙醇→甲苯

（5）氮化硅腐蚀一般采用以（）为基础的水溶液。

A、盐酸

B、硝酸

C、氢氟酸

D、磷酸

（6）以立式氧化扩散炉为例，以下氧化扩散方式正确的

是（）。

1）产品放置完成后在电脑终端输入控制片ID。

2）在电脑终端输入操作设备ID、硅片批号等。

3）放置硅片盒后，在设备上确认硅片批号等信息后按下

确认按钮。

4）将一定数量的硅片盒放在立式氧化扩散炉设备的

loader窗口，确认放好后按下按钮进行操作。

5）等待设备传片，传完片后石英舟上升进入炉管。

6

6）按同样的方法将控制片放置在氧化炉窗口。

7）等待工艺完成后，设备传片结束，此时设备黄灯闪烁。

A、2）4）3）1）6）5）7）2）

B、2）1）4）3）6）5）7）

C、2）4）6）3）1）5）7）

D、2）6）5）4）3）1）7）

（7）视频展示的是封装工艺中引线键合的操作过程，其

中现象②表示的环节是（）。

A.烧球

B.植球

C.走线

D.压焊

（8）晶圆扎针测试在测到一定数量时，需要检查扎针情

况。若发现针痕有异常，应（）。

A、重新输入晶圆信息

B、重新设置扎针深度或扎针位置

C、继续扎针测试

D、记录测试结果

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（9）气相外延生长硅常常采用哪种气体进行抛光？（）。

A、H2

B、Cl2

C、F2

D、HCl

（10）含有薄膜所需要的原子或分子的化学物质在反应

室内混合并在气态下发生化学反应，其原子或分子淀积在晶

圆表面并聚集，形成薄膜的工艺是（）。

A、PVD

B、CVD

C、热氧化

D、热扩散

2.多选题

（1）封装工艺中，晶圆划片机显示区可以进行（）等操

作。

A、给其他操作人员发送消息

B、设置参数

C、切割道对位

D、操作过程中做笔记

（2）IC制造中用的光刻胶一般由（）组成。

A、感光剂

B、增感剂

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C、溶剂

D、去离子水

（3）影响显影工艺的因素有（）。

A、曝光度

B、显影液浓度

C、显影方法

D、工序的温度和时间

（4）由沙子到多晶硅的化学反应有哪些？（）

A、SiO2+C→S+CO

B、Si+HCl→SiHCl3

C、SiHC3+H2→Si+HCl

D、Si+Cl4→SiCl4

（5）切筋成型前进行芯片检查，下列需要进行剔除的芯

片有（）。

A、塑封体缺损

B、引线框架不平

C、镀锡露铜

D、引脚断裂

（6）光刻胶膜的最终厚度是由哪些因素决定的？（）。

A、光刻胶黏度

B、旋转速度

C、表面张力

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D、光刻胶干燥性

（7）SC-2清洗液的成分是什么？（）。

A、NH4OH

B、H2O2

C、H2O

D、HCl

（8）能够去除金属离子的清洗液是什么？（）。

A、SC-1

B、SC-2

C、SC-3

D、DHF

（9）制备二氧化硅常常采用的CVD方法有（）。

A、APCVD

B、LPCVD

C、PECVD

D、ALD原子沉积

（10）硅常用的湿法刻蚀溶液为（）。

A、热磷酸

B、氢氟酸

C、硝酸

D、硫酸

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（二）子任务2

基于集成电路工艺仿真平台，进行集成电路制造环节相

关技能方面的操作。

1.晶体生长

（1）考核技能点

考查拉单晶的工艺过程，包括：原始材料的选择和准备、

熔融和净化过程、晶体生长的控制和优化、晶体形态和尺寸

的调整、晶体切割和抛光、晶圆的平整化和清洁处理，确保

单晶质量符合生产要求。

（2）具体操作

在虚拟仿真中通过设置拉晶机、切片机等设备参数、执

行工艺流程并以操作、图片或问答的形式考查对材料准备、

炉管转载、生长区域形成、晶柱拉伸、切割抛光等工艺流程

的理解。

2.氧化工艺

（1）考核技能点

考查操作氧化炉分批自动进料，并在炉管内开始氧化的

过程，同时为保证后续工艺质量，需要检验氧化层的质量，

确认本次氧化情况，同时监控氧化炉工作是否正常。

（2）具体操作

在虚拟仿真中通过设置氧化炉的设备参数、执行工艺流

程并以操作、图片或问答的形式考查对气氛控制、温度控制、

时间与速率、氧化层评估等工艺流程的理解。

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3.光刻工艺

（1）考核技能点

考查对光刻技术的认知与设备参数设置，通过涂胶显影

机、光刻机、烘烤设备等实现晶圆涂胶光刻的工艺流程。

（2）具体操作

在虚拟仿真中通过设置离子注入机的设备参数、执行工

艺流程并以操作、图片或问答的形式考查对加载晶圆、表面

处理、喷涂涂胶、烘干、光刻、显影、坚膜等工艺流程的理

解。

4.干法刻蚀与湿法刻蚀

（1）考核技能点

考查运行蚀刻设备进行干法蚀刻与湿法蚀刻两种工艺

方式。

（2）具体操作

在虚拟仿真中通过设置两种蚀刻方式的设备参数、执行

工艺流程并以操作、图片或问答的形式考查对预处理、曝光

与显影、蚀刻溶液、蚀刻、清洗等工艺流程的理解。

5.切筋成型

（1）考核技能点

考查对切筋成型工艺的认知与设备参数设置，将在金属

板材上进行的工艺，用于剪断和弯曲金属以获得所需形状并

增加结构强度。

（2）具体操作

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在虚拟仿真中通过设置切筋成型机的设备参数、执行工

艺流程并以操作、图片或问答的形式考查设计定位、切割操

作、折弯成型以及后续检测等工艺流程的理解。

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三、集成电路测试开发

参赛选手从现场下发的元器件中选取待测试芯片及工

装所需元件和材料，参考现场下发的技术资料（芯片手册、

元器件清单等），在规定时间内，按照相关电路原理与电子

装接工艺，设计、焊接、调试工装板，搭建和配置测试环境，

使用测试仪器与工具，实施并完成测试任务。

集成电路测试共分为数字集成电路测试、模拟集成电路

测试和专用集成电路测试三项子任务。

（一）子任务一：数字集成电路测试

例如待测芯片：数据选择器(例如74HC151)，引脚图如

图1所示。

图174HC151引脚图

1.参数测试

（1）输入嵌位电压测试：

1）测试条件：VCC=5V，VI=-18mA;

2）测试要求：测试I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7引

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脚，输出测试结果并标注单位；

（2）VOH输出高电平电压测试

1）测试条件：VCC=4.75V，IOH=-0.4mA；

2）测试要求：测试Y、W引脚，输出测试结果并标注

单位；

（3）IOL输出低电平电流测试

1）测试条件：IOL=4mA,VCC=4.75V；VIL=0.8V;

2）测试要求：测试Y、W引脚，输出测试结果并标注

单位；

（4）IIH输入低电平电流测试

1）测试条件：VCC=5V,VI=2.7V；

2）测试要求：测试I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7引

脚，输出测试结果并标注单位；

2.功能测试

设计、焊接、调试完成测试工装，用该数据选择器搭建

并配置测试环境，实现三位表决功能，测试Y输出电压值

并标注单位。

（二）子任务二：模拟集成电路测试

例如待测芯片：LM324

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料

封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共

用外，四组运放相互独立。其引脚功能如图2所示:

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图2LM324引脚及功能示意图

图2中VCC：电源端；GND：电源端；IN-：反相输入

端；IN+：同相输入端；OUT：输出端；其工作条件为：单电

源：3V~32V;双电源：±1.5V~±16V。

测试电路图如图3所示：

图3LM324测试电路图

1.参数测试

（1）ICC静态工作电流测试

1）测试条件：单电源2.5V供电，双电源±2.5V供电；

2）测试要求：分别记录单电源及双电源供电时的测试

结果并标注单位；

（2）VOS失调电压测试

1）测试条件：双电源±2.5V供电；

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2）测试要求：记录测试结果并标注单位；

（3）AUS交流