集成电路复习资料.docx
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集成电路复习资料
第一章
1、
⑴、什么是集成电路：
集成电路（）是指用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺把电路元器件以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘体基片上，然后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的电路。
⑵、集成电路分类：
1.按工艺分：
半导体、膜（薄/厚膜）、混合
2.按功能分：
数字：
能够完成数字运算，以低电平和高电平两种状态来代表二进制数中的“0”和”1”，通过各种逻辑关系进行运算，又称为逻辑。
模拟：
能对电压、电流等模拟量进行放大与转换的。
其中输出信号与输入信号成线性关系的电路，如直流放大器、差分放大器、低频放大器、高频放大器、线性功率放大器、运算放大器等称为线性。
输出信号与输入信号不成线性关系的电路，如对数放大器、振荡器、混频器、检波器、调制器等称为非线性。
3.按构成的有源器件结构分：
双极、。
双极：
有源元件采用或双极晶体管，管内导电的载流子要流经P型或N型两种极性的材料。
：
有源元件采用（金属－氧化物－半导体）晶体管。
4.按集成度高低分：
小规模（）、中规模（）、大规模（）、超大规模（）。
集成度：
单块晶片上或单个封装中构成的的所包含的最大元件数（包括有源/无源元件）。
<100个元件（或10个门电路），100<<1000元件（10个～100个门电路），>1000个元件以上（100个门电路以上）。
>10万个（1000门以上）
⑶、集成电路遵从的定律
2、与之间的的关系
3、设计所需要的知识范围（、、）
1）系统知识计算机/通信/信息/控制学科
2）电路知识更多的知识、技术和经验
3）工具知识任务和内容相应的软件工具
4）工艺知识元器件的特性和模型/工艺原理和过程
第二章
4、
⑴、材料的分类
分类
材料
电导率
导体
铝、金、钨、铜等
105S·1
半导体
硅、锗、砷化镓、磷化铟等
10-9~102S·1
绝缘体
2、、3N4等
10-22~10-14S·1
⑵、半导体材料的特性
1）通过掺杂可明显改变半导体的电导率。
2）当半导体受到外界热的刺激时，导电能力将发生显著改变。
3）光照可改变半导体的电导率。
4）多种半导体结构中，当注入电流时，会发射光，从而可制造发光二极管和激光二极管。
⑶、常用的最基本的材料
半导体材料在集成电路的制造中起着根本性的作用。
硅，砷化镓和磷化铟是最基本的三种半导体材料
2.2硅（）
1.硅工艺生产的器件
双极型晶体管（），结型场效应管（），P型、N型双极场效应管（）
2.硅工艺的优点：
1）原材料丰富 2）技术成熟 3）硅基产品价格低廉
3.硅工艺达到的技术指标：
的速度1，晶圆直径达到300（12英寸）
2.3砷化镓（）
1材料：
能工作在超高速超高频，其原因在于这些材料具有更高的载流子迁移率，和近乎半绝缘的电阻率
2.材料的特点：
1）中非平衡少子漂移速度非常快
2）导带极小值和价带极大值都出现在布里渊区波矢为0处，电子和空穴可以直接复合，利用这一性质可制作发光器件，如，，。
3）中价带与导带之间的禁带宽度大于。
（1.43，1.1）
中价带与导带之间的禁带宽度大于带来的好处：
1）在衬底上可制作高性能的器件，如电感、微波变压器及微波毫米波传输线。
2）器件及电路能工作在更高的温度。
3）具有更好的抗辐射性能。
3.工艺制作的器件：
三种有源器件:
和
2.4磷化铟（）
1材料的特点：
能工作在超高速超高频
2工艺制作的器件：
三种有源器件:
和
3.的应用：
广泛应用于光纤通信系统中
发出的激光波长位于0.92~1.65之间，覆盖了玻璃光纤的最小色散（1.3）和最小衰减（1.55）的两个窗口
2.5绝缘材料
2、和3N4是系统中常用的几种绝缘材料
绝缘材料功能：
①充当离子注入及热扩散的掩膜
②钝化层
③电隔离
绝缘材料的要求：
低介电常数的绝缘材料减小连线间的寄生电容。
高介电常数的绝缘材料主要应用在大容量的，逻辑电路及混合电路中的滤波电容、隔离电容和数模转换用的电容制造。
2.6金属材料
金属材料的功能
1.形成器件本生的接触线；
2.形成器件间的互联线；
3.形成焊盘。
半导体表面制作了金属层后，根据金属的种类及半导体掺杂浓度的不同，可形成肖特基型接触或欧姆接触
如果掺杂浓度较低，金属和半导体结合面形成肖特基型接触，构成肖特基二极管。
如果掺杂浓度足够高，以致于隧道效应可以抵消势垒的影响，那么就形成了欧姆接触。
器件互连材料包括金属，合金，多晶硅，金属硅化物
第三章
5、制造的工艺环节
3.1外延生长
①外延生长的目的：
外延的目的是用同质（异质）材料形成具有不同的掺杂种类及浓度,因而具有不同性能的晶体层。
②液态生长（:
）
意味着在晶体衬底上用金属性的溶液形成一个薄层。
在加热过的饱和溶液里放上晶体，再把溶液降温，外延层便可形成在晶体表面。
原理在于溶解度随温度变化而变化。
气相外延生长
③气相外延生长（:
）
是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长的技术的总称。
在不同的技术里，卤素（）传递生长法在制作各种材料的沉淀薄层中得到大量应用。
在外延过程中，石墨板被石英管周围的射频线圈加热到1500-2000度，在高温作用下，发生：
4+2H2→4
的反应，释放出的原子在基片表面形成单晶硅，典型的生长速度为0.5~1.
④金属有机物外延生长（:
）
与其它不同之处在于它是一种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。
便于多片和大片外延生长，可生长所有的族化合物。
⑤分子束外延生长（:
）
在超真空中进行，基本工艺流程包含产生轰击衬底上生长区的和V族元素的分子束等。
几乎可以在基片上生长无限多的外延层。
这种技术可以控制，或上的生长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达纳米极。
经过法，衬底在垂直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。
的不足之处在于产量低。
3.2掩膜制作
①掩膜制造的定义：
用光学曝光方式要在衬底（如硅等半导体晶片）上形成微细图形，一般要有图形的物，当这种图形的物被放大或缩小复印到半导体基片上后，即形成电路图形。
这种图形的物称为掩膜板，简称掩膜。
②掩膜的基本功能：
在光线照射其上时，图形区和非图形区对光线的吸收和透射能力不同。
理想情况下，图形区让光线完全透射过去，非图形区则对光线完全吸收。
或者反之。
⑴、图案发生器方法（:
）
⑵、X射线制版
由于X射线具有较短的波长（约为数埃），它可用来制作更高分辨率的掩膜版。
掩膜版的衬底材料与光学版不同，通常要求用低吸收的轻元素做成的低比重的透膜材料。
或的化合物（3N4或高质量的人造石英）对X射线完全透明。
⑶、电子束扫描法（）
1）涂抗蚀剂。
抗蚀剂采用正电子抗蚀剂（分辨率高，但敏感度低）
2）电子束曝光。
曝光可用精密扫描仪，电子束制版的一个重要参数是电子束的亮度，或电子的剂量。
3）显影。
用二甲苯。
二甲苯是一种较柔和的有弱极性的显影剂，显像速率大约是甲基异丁烯酮（对为良溶性剂）/异丙醇（对为非溶性剂）的1/8，用清洗可停止显像过程。
3.3光刻（）
一、晶圆涂光刻胶：
①清洗晶圆，在200C温度下烘干1小时。
目的是防止水汽引起光刻胶薄膜出现缺陷。
②待晶圆冷却下来，立即涂光刻胶。
光刻胶有两种：
正性（）与负性（）。
正性胶显影后去除的是经曝光的区域的光刻胶，负性胶显影后去除的是未经曝光的区域的光刻胶。
正性胶适合作窗口结构,如接触孔,焊盘等，而负性胶适用于做长条形状如多晶硅和金属布线等。
常用83为负性光刻胶。
光刻胶对大部分可见光灵敏，对黄光不灵敏，可在黄光下操作。
③涂光刻胶的方法：
光刻胶通过过滤器滴入晶圆中央，被真空吸盘吸牢的晶圆以20008000转/分钟的高速旋转，从而使光刻胶均匀地涂在晶圆表面。
④晶圆再烘，将溶剂蒸发掉，准备曝光
二、曝光:
光源可以是可见光,紫外线,X射线和电子束。
光量，时间取决于光刻胶的型号，厚度和成像深度。
※曝光方式：
接触式与非接触式两种方式
※非接触式光刻又分为：
接近式光刻与非接近式光刻
三、显影:
晶圆用真空吸盘吸牢，高速旋转，将显影液喷射到晶圆上。
显影后，用清洁液喷洗。
四、烘干:
将显影液和清洁液全部蒸发掉。
※掩膜和晶圆之间实现理想接触的制约因素
①掩膜本身不平坦，
②晶圆表面有轻微凸凹，
③掩膜和晶圆之间有灰尘。
3.4刻蚀
刻蚀（腐蚀）的作用:
以此工艺手段来获得基片上具有一定分辨率的图形或器件结构，如线条、接触孔、台式晶体管、凸纹、栅等。
被刻蚀的材料:
抗蚀剂，半导体，绝缘体，金属等。
刻蚀的两种方法：
湿法和干法
3.5掺杂
3.5.1掺杂目的、原理和过程
掺杂的目的是以形成特定导电能力的材料区域,包括N型或P型半导体层和绝缘层，晶体管的源漏区，双极管的结。
是制作各种半导体器件和的基本工艺。
经过掺杂，原材料的部分原子被杂质原子代替。
材料的导电类型决定于杂质的化合价，可用于制作隔离层。
掺杂可与外延生长同时进行，也可在其后，例如，双极性硅的掺杂过程主要在外延之后，而大多数及器件和的掺杂与外延同时进行。
3.5.2热扩散掺杂
3.5.3离子注入法
离子注入法定义：
通过将杂质原子加速为高能离子束，再用其轰击晶片表面而使杂质注入无掩膜区域而实现的。
掺杂浓度（剂量）由注入浓度和注入时间决定，而掺杂区域的浓度决定于离子束的能量。
注入法的优点：
①掺杂的过程可通过调整杂质剂量及能量来精确的控制，杂质分布的均匀。
②可进行小剂量的掺杂。
③可进行极小深度的掺杂。
④较低的工艺温度，故光刻胶可用作掩膜。
⑤可供掺杂的离子种类较多，离子注入法也可用于制作隔离岛。
在这种工艺中，器件表面的导电层被注入的离子（如Ｏ+）破坏，形成了绝缘区。
缺点：
①费用高昂
②在大剂量注入时半导体晶格会被严重破坏并很难恢复
3.6绝缘层形成
平面上的绝缘层可通过腐蚀和/或离子注入法制成。
垂直方向上的不同层之间的绝缘可以使用绝缘层，绝缘层可用氧化及淀积法制成。
3.7金属层形成
金属层的用途：
制作和器件的栅极、铝栅、器件的栅极和器件的互连材料。
金属层的制作方法主要有：
蒸发、溅射和电镀。
蒸发：
通过控制基质材料的温度和蒸发室的压力，使欲淀积的材料汽化，当发生再凝结时，就形成了蒸发膜。
溅射：
用高能离子轰击溅射材料，撞击出分子团，这些分子团被吸附在衬底的表面形成薄膜。
电镀：
通常用来加工厚金属层（1或1以上）。
金属层的制作技术
在等工艺中，人们开发出一种所谓的空气桥（）技术。
一、空气桥技术：
悬空的金属层作为互连层，以减小寄生电容。
空气桥的基本工艺流程：
1.在下一层材料上沉淀一层可以挥发的牺牲层。
2.光刻成形，使欲形成空气桥地段的牺牲层保留。
3.沉积金属层。
4.金属层光刻成型，侧面暴露牺牲层。
5.挥发牺牲层
空气桥技术的优点：
1.由于金属层是悬空的，可以减小寄生电容。
2.采用多段空气桥形成螺旋电感，可大大减小衬底引起的介质损耗，提高电感的Q值。
不平坦现象：
在制造流程中，包括Ｎ型扩散，Ｐ型扩散，局部氧化，接触电极的形成等，这些处理过程都会导致芯片表面变得凹凸不平。
由于在不平坦的表面配置金属的互连线会出现局部很薄和不连续的现象，所以通常不直接在不平坦的表面配置金属互连线，因为在不平坦的表面进行精细光刻变得非常困难。
金属层的不平坦的处理：
在下一层金属层淀积之前对表面进行平坦化处理。
方法：
现在晶圆表面淀积一层较厚的02来覆盖所有的表面不连续的地方。
然后采用所谓的回流热处理技术、后向刻蚀或者化学机械磨光（）技术将这层厚的02的顶层磨平。
化学机械磨光（）法：
是在晶圆表面使用有磨蚀作用的02浆体进行磨光。
法优点：
可以使芯片上产生连续的金属互连层，并且每一新层都淀积在平整后的氧化层表面上。
第五章
6、什么是硅栅自对准工艺？
需要几张掩膜？
在硅栅工艺中，S，D，G是一次掩膜步骤形成的。
先利用感光胶保护，刻出栅极，再以多晶硅为掩膜，刻出S，D区域。
那时的多晶硅还是绝缘体，或非良导体。
经过扩散，杂质不仅进入硅中，形成了S和D，还进入多晶硅，使它成为导电的栅极和栅极引线。
硅栅工艺的优点：
①自对准的，它无需重叠设计，减小了电容，提高了速度。
②无需重叠设计，减小了栅极尺寸，漏、源极尺寸也可以减小，即减小了晶体管尺寸，提高了速度，增加了集成度。
③增加了电路的可靠性。
7、绝缘层的制作方法？
的分类。
8、常见器件的英文缩写
9、工艺流程
一层多晶硅,一层金属,n型衬底的掩膜和典型工艺流程
第六章
10、的I—U特性推导
非饱和情况下，通过
管漏源间的电流为：
→
ε=εˊ•ε0栅极-沟道间氧化层介电常数,
ε'=4.5,ε0=0.88541851.10-1111
非饱和时，在漏源电压作用下，这些电荷Q将在时间内通过沟道，因此有
为载流子速度，为漏到源方向电场强度，为漏到源电压。
μ为载流子迁移率：
µn=6502/（）电子迁移率（）
µp=2402/（）空穴迁移率（）
11、管的基本结构
两个结：
1）N型漏极与P型衬底；
2）N型源极与P型衬底。
同双极型晶体管中的结
一样，在结周围由于载流
子的扩散、漂移达到动态平
衡，而产生了耗尽层。
一个电容器结构：
栅极与栅极下面的区域形成一个电容器，是管的核心。
12、影响的几大因素
1.材料的功函数之差
当金属电极同晶片接触时，φ=φm-φs
对于—（p）接触，φ=（-0.7）~（-1.5）
2.2层中可移动的正离子
主要是离子的影响,使阈值电压降低
3.氧化层中固定电荷
固定正电荷使阈值电压降低
4.界面势阱
与其它材料界面上，硅晶格突然终止有电子被挂起，形成挂键,导致界面势阱。
13、的器件定义语句
7.3.1标题、结束和注释语句
①标题语句必须出现在输入文件的第一行，可由任意的字母或字符串组成，但一般最好以电路有关的英文说明为好。
例如：
②结束语句必须出现在输入文件的最后一行，用于标记文件的结束。
格式为：
。
其中，.是结束语句不可省略的一部分。
③注释语句可以出现在文件中标题语句和结束语句之间的任何位置，用于给出注释，便于阅读。
格式为：
*<注释语句>。
例如：
*100K，*A。
*是注释语句的标识符。
注释语句不参与仿真分析。
㈠电阻R
格式：
R×××××××N1N2<1<2>>
其中，R是关键字，代表元器件类型，在Ｒ后面的×××××××代表元器件名，可以是字母或数字。
语句中的英文字母可大写，也可小写。
N1，N2为电阻的两个节点编号，可用字母或数字。
为电阻值，单位为Ω，可正可负，但不能为0。
1，2是温度系数，可选。
作为温度函数给出的电阻值为：
（）（）*（11（－））2*（－）**2）
※其中是指当前温度，是指常温
认可的数字比列因子缩写
缩写符
等效输入
比例因子
缩写符
等效输入
比例因子
K
1E3
M
13
1E6
U
16
G
1E9
N
19
T
1E12
P
112
F
115
㈡电容C和电感L
格式：
Ｃ×××××××<>
L×××××××<>
其中，，分别是元件的正负节点，是单位为Ｆ的电容值或单位为Ｈ的电感值。
对于电容，可选的初始值电压为0Ｖ，电容器两端的节点顺序应与初始值电压的方向保持一致。
对于电感，可选的初始值电流为0Ａ，方向从到。
注意：
给出的初始条件只有在瞬态分析语句中给出定义才有效。
例如：
Ｃ1001
231003V
3551
20101N1
㈢互感M
格式：
Ｋ×××××××
为两个藕合电感明。
是电感系数Ｋ，它必须大于0，小于等于1，默认值为1。
应用“.”约定，“.”放在每个电感的Ｎ+节点上。
例如：
L11210；定义L1
L2 2310：
定义L2
L36710；定义L3
L4 8910：
定义L4
L1L2L3L4O．977；互感
㈣线性电压控制电流/电压源
线性电压控制电流源G，线性电压控制电压源E。
格式：
Ｇ×××××××
E×××××××
其中，，分别是受控源的正负节点，是控制端口的正负节点，G的是单位为S的跨导值，E的是单位为无量纲的电压增益。
㈤线性电流控制电流/电压源
线性电流控制电流源F，线性电流控制电压源H。
格式：
F×××××××
H×××××××
其中，，分别是受控源的正负节点，电流从到，是控制电流支路电压源名称，电流方向从正节点通过电压源流向负节点。
F的是无量纲的电流增益。
H的是单位为Ω的电阻值。
㈥独立电源
独立电源有独立电压源V和独立电流源I格式分别为：
Ｖ×××××××<<>+<<<>>>
Ｉ×××××××<<>+<<<>>>
①，分别是电源的正负节点，正电流的方向规定从正节点通过电流源流向负节点。
正值的电流源是强制电流从正节点流出，负节点流入。
②在中，电压源还可用作电流表，用于测试支路电流，由于电压源内阻为0，相当于短路，故对电路不产生影响。
③是电源的直流和瞬态值，如果两值均为0，则可省略，如果电源值不变，则标识可省略。
④和分别是交流信号的幅度和相位，用于电路的分析。
如果在标识中省略，它的值就假定为1；如果省略，它的值就假定为0。
如果电源不是交流小信号输入，、、均省略。
⑤
任何一个电源均可设定为时变信号源，用于瞬态分析。
此时，时间等于0的值就用于分析。
例如：
10005V；*直流电源
V202020；*省去的直流电源
63 1V；*交流电源
1020.50.5（011）；
*直流，交流和瞬态分析正弦电压源
20210.345.0（0110G51）；*电流源
1213；*电流表
13、的分析类型、各种分析类型对电源的要求
1、直流分析
直流分析主要包括：
①直流工作点分析
②小信号转换函数分析
③直流扫描分析
④直流扫描曲线族分析
在直流分析中，所有的独立电源和受控电源都是直流型的，且处于直流稳态下，因此，电感应看成短路，电容应看成开路。
㈠直流工作点分析
在电路中电感短路和电容开路的情况下，计算电路的静态工作点。
在进行瞬态分析、交流分析前自动进行直流工作点分析，已确定瞬态分析的初始条件、交流分析的非线性器件线性化小信号模型。
其格式为。
静态工作点分析（·）
①当电路中含有非线性元件（如二极管、三极管）时，其参数取决于静态工作点。
②在不同的工作点，会产生在工作点附近的小信号等效参数。
③在进行直流分析和转移函数分析时，都需计算出直流工作点，若有非线性元件就会自动计算出非线性元件在工作点处的小信号参数。
如果输入中有语句，将打印输出以下内容：
①所有节点的电压；
②所有电压源的电流及电路的直流总功率；
③所有晶体管各级的电压和电流；
④非线性受控源的小信号（线性化）参数。
否则，纸打印输出①的内容。
㈡直流扫描分析（）
直流扫描分析的作用是：
当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。
在分析过程中，将电容开路，电感短路，各个信号源取其直流电平值；若电路中还包含逻辑单元，则将每个逻辑器件的延时取为0，逻辑信号激励源取其0时的值。
㈢小信号转换函数分析（）
使用小信号转移函数分析计算电路的直流小信号增益、输入电阻和输出电阻。
若电路中有非线性元件，是通过计算静态I作点，并且作出工作点附近的非线性元件特的性线性化来计算直流转移函数，此时，L短路、C开路。
表示求直流分析时小信号输出/输入值,即V（5,3）值值由电源给出，为输入电压。
分析后同时给出输出、输入电阻值，用于直流放大器的分析。
例:
I（）（）
表示求转移电流比
2、交流特性分析（）
①例：
51100
表示十倍频程变化,上例表示在110，10100两个频段中,分别取5个频率点做交流分析
②例：
328
表示二倍频程变化.上例表示在24，48各频段中,每段取3个频率点做交流分析析
③例：
101100
表示线性变化,上例为在1100范围内均匀取10点分析
3.瞬态分析
瞬态分析（）的功能：
瞬态分析的目的是在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。
计算瞬态分析时，首先计算0时的电路初始状态，然后从0到某一给定时间范围内选取一定的时间步长，计算输出端在不同时刻的输出电平。
瞬态分析结果自动存入以为扩展名的数据文件中。
在瞬态分析中，输入激励信号的波形可以采用脉冲信号、分段线性信号、正弦条幅信号、调频信号和指数信号5种不同形式的波形。
A.一般格式:
[][]
瞬态打印终止打印时间最大迭
分析步长时间的起始点代步长
B.选择项的作用
情况1:
中含有项直接以设定的初值为初值进行瞬态分析。
情况2:
中不含有项要靠分析直流工作点来确定。
4、直流或小信号交流灵敏度分析
5、噪音分析
6、傅里叶分析
7、时针分析
8、零点分析
5种时变电源
①（脉冲）
格式：
Ｖ×××××××（V1V2）
是打印时间步长，
是分析终止时间，都在语句中给出,如从定义的单脉冲时间描述如下：
例如：
30（-1122250100）
②（正弦波）
格式：
Ｖ×××××××（）
例如：
40（0110G10）
③（指数波）
格式：
Ｖ×××××××（V1V21122）
例如：
50（412306040）
④（分段线性源）
格式：
Ｖ×××××××（T1V1）
语句中之后的每一对（，）值表示时的一个电压或电流值。
例如：
60（00100P0300P10M600P10M800P01.1N01.3N10M）
⑤（单频调频波）
格式：
Ｖ×××××××（）
V（t）*（（2π**t）*（2π**t））
例如：
80（02V15003200）
第八章
15、什么是版图？
版图设计规则有哪些？
版图（）是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，它包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。
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