超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝 (日)電子信息通信學會 組編,岩田 穆,角南英 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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日電子信息通信學會 組編，岩田 穆，角南英 著

圖書標籤:

• 超大規模集成電路
• 集成電路設計
• VLSI
• 半導體製造
• 工藝
• 電子工程
• 微電子學
• 日文教材
• 電子信息通信學會
• 岩田穆

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030202789

商品編碼：29512090860

包裝：平裝

齣版時間：2008-01-01

基本信息

書名：超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝

定價：42.00元

作者：(日)電子信息通信學會 組編,岩田 穆,角南英

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2008-01-01

ISBN：9787030202789

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.422kg

編輯推薦

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內容提要

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本書共分為上下兩篇，上篇為基礎設計篇，主要介紹VLSI的特徵及作用、VLSI的設計、邏輯電路、邏輯VLSI、半導體存儲器、模擬VLSI、VLSI的設計法與構成法、VLSI的實驗等；下篇為製造工藝篇，主要介紹集成工藝、平闆印刷、刻蝕、氧化、不純物導入、絕緣膜堆積、電極與配綫等。
本書內容豐富，條理清晰，實用性強，既可供超大規模集成電路研發和設計人員及半導體生産單位管理人員使用，也可作為各院校集成電路相關專業的本科生、研究生及教師的參考書。

目錄

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上篇　基礎與設計
　章　VLSl的特徵及任務
1.1　VLSl的概念與基本技術
　1.1.1　VLSl的基本技術與發明
　1.1.2 學科體係
1.2　VLSl的種類
　1.2.1　按功能分類
　1.2.2　按器件分類
1.3　半導體技術路綫圖
1.4　對係統的影響
　1.4.1 計算機係統
　　　1.4.2 通信網絡係統
　1.4.3 數字傢電係統
　第2章　VLSl的器件
2.1　VLSl的構成要素
2.2　MOS晶體管
　2.2.1　MOS的基本構造
　 2.2.2 MOS的工作原理與工作區域
　 2.2.3 MOS的電流電壓特性
　 2.2.4　MOS的器件模型
　 2.2.5　MOS的等效電路模型
2.3　二極管
2.4　電阻
2.5 電容
2.6　電感
2.7　器件隔離
2.8　布綫
　 2.8.1 多層布綫
　 2.8.2 布綫電容
2.9　VLSl技術的比例縮小法則
　第3章　邏輯電路
3.1　CMOS邏輯電路
　 3.1.1 倒相器
　 3.1.2　NAND門
　 3.1.3　NOR門
　 3.1.4　傳輸門
　 3.1.5　選擇器
　 3.1.6 異或門
　 3.1.7　CMOS復閤門
　 3.1.8　時鍾CMOS邏輯電路
　 3.1.9 動態CMOS邏輯電路
　 3.1.10 電流型邏輯電路
3.2　CMOS邏輯電路的工作速度
　 3.2.1 門延遲時間
　 3.2.2 布綫的延遲時間
3.3　CMOS邏輯電路的功率消耗
　 3.3.1　CMOS邏輯電路消耗功率的因素
　 3.3.2　CMOS-VLSl的功率消耗
3.4　控製電路
　 3.4.1 寄存器
　 3.4.2 同步係統
　 3.4.3　計數器
　第4章　邏輯VLSl
4.1　數字運算電路
　4.1.1　加法運算
　4.1.2　減法電路
　4.1.3　乘法運算
4.2　時鍾的發生與分配
　　……
　第5章　半導體存儲器
　第6章　模擬VLSI
　第7章　無綫通信電路
　第8章　VLSI的設計方法及構成方法
　第9章　VLSI的測試
下篇　製造工藝
　0章　LSI的製造工藝及其課題
　1章　集成化工藝
　2章　平版印刷術
　3章　腐蝕
　4章　氧化
　5章　摻雜
　6章　澱積絕緣膜
　7章　電極和布綫
　8章　後工序——封裝
引用參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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電子世界的基石：探索超大規模集成電路的奧秘 在信息爆炸、科技飛速發展的今天，我們所享受的便捷生活，從智能手機、高速網絡到尖端醫療設備，無不依賴於一個核心的電子技術——集成電路。而集成電路發展的最高峰，便是超大規模集成電路（VLSI）。它如同數字世界的精密心髒，驅動著萬物互聯的龐大體係。本書將帶領讀者深入探索VLSI的奇妙世界，揭示其背後隱藏的深邃原理與精湛工藝，理解這個微小卻能量巨大的電子元件是如何改變世界的。 一、 VLSI：微縮的宇宙，無限的可能 集成電路（IC）是將數量眾多、功能各異的電子元件（如晶體管、電阻、電容等）及其相互連接，集成在一塊半導體襯底上，並封裝在一個整體中，實現特定電子功能的微電子器件。而超大規模集成電路，顧名思義，指的是在同一塊芯片上集成瞭成韆上萬甚至上億個晶體管的集成電路。這個“超大規模”的背後，是人類智慧在微觀世界中創造的奇跡。 想象一下，一塊指甲蓋大小的芯片，卻可能承載著比整個星球上所有人類的思維活動還要復雜的信息處理能力。這就是VLSI的魅力所在。它將傳統的電子綫路設計從分立元器件的焊接，轉變為在矽晶片上“印刷”齣精密的電路網格，實現瞭前所未有的集成密度、性能提升和功耗降低。VLSI技術的飛躍，直接催生瞭個人電腦、智能手機、互聯網、人工智能等一係列劃時代的科技革命，深刻地改變瞭人類的生産生活方式，甚至重塑瞭全球經濟格局。 二、 基礎設計：智慧的藍圖，邏輯的殿堂 VLSI的設計過程，是一個高度復雜且嚴謹的係統工程。它不僅僅是簡單的電路連接，更是一門融閤瞭數學、物理、計算機科學、材料科學等多個學科的交叉藝術。設計過程大緻可以分為以下幾個關鍵階段： 係統級設計 (System-Level Design)：這是VLSI設計的起點，也是最高層次的設計。在這個階段，工程師需要根據産品的整體需求，定義係統的功能、性能指標、功耗限製等。這涉及到將一個復雜的電子係統分解為多個可管理的子係統，並明確各個子係統之間的接口和通信協議。就好比建築師在設計一座宏偉的城市之前，需要規劃好各個區域的功能、交通網絡和整體布局。 寄存器傳輸級設計 (Register Transfer Level, RTL)：在係統級設計完成後，工程師會將各子係統轉化為硬件描述語言（HDL），如Verilog或VHDL。RTL設計關注的是數據在寄存器之間的流動以及它們如何被組閤邏輯電路處理。它描述瞭電路在不同時鍾周期下的行為，將抽象的功能概念轉化為可以被綜閤工具理解的數字邏輯。這個階段的描述，已經具備瞭初步的電路結構，但仍然是相對抽象的，強調的是數據流和狀態機的變化。 邏輯綜閤 (Logic Synthesis)：RTL描述經過邏輯綜閤工具的處理，將其轉化為由基本邏輯門（如AND、OR、NOT、NAND、NOR等）組成的網錶。這個過程相當於將高層級的描述“翻譯”成可以直接在芯片上實現的邏輯門電路。綜閤工具會根據預設的時序、麵積和功耗約束，優化生成的邏輯門電路，使其達到最佳的性能。 布局布綫 (Place and Route)：在邏輯綜閤生成網錶之後，VLSI設計的下一個關鍵步驟是布局布綫。這一階段是將邏輯門和觸發器這些抽象的邏輯單元，在芯片的物理區域上進行實際的放置，並根據網錶的要求，將它們連接起來，形成實際的電路。 布局 (Placement)：將網錶中描述的每一個邏輯單元（如門電路、觸發器）在芯片的矽片上分配一個物理位置。工程師需要考慮單元之間的距離，以最小化信號傳輸延遲，並考慮電源和地綫的連接，確保芯片的穩定運行。 布綫 (Routing)：在布局完成後，就需要連接這些已經放置好的單元。布綫過程就是根據網錶的要求，為每一個連接生成物理上的走綫路徑。在VLSI芯片上，走綫是在不同的金屬層上進行的，需要精心規劃，以避免信號之間的乾擾（串擾）、信號延遲以及走綫擁塞。這一步驟的復雜性在於，隨著集成度的提高，芯片上的連接數量呈指數級增長，如何在有限的空間內實現數億甚至數萬億個連接，同時滿足性能要求，是極具挑戰性的。 物理驗證 (Physical Verification)：在完成布局布綫之後，還需要進行一係列的物理驗證，以確保設計符閤製造規則和芯片的功能。這包括： 設計規則檢查 (Design Rule Checking, DRC)：檢查布局布綫結果是否符閤芯片製造工藝所要求的各項物理規則，例如導綫最小寬度、導綫間距、過孔大小和間距等。不符閤DRC的設計將無法被製造。 寄生參數提取 (Parasitic Extraction)：提取芯片上實際走綫和器件的寄生電容、電感和電阻，這些寄生效應會對電路的性能産生重要影響。 邏輯等效性檢查 (Layout Versus Schematic, LVS)：將物理版圖提取齣的電路網錶與最初的設計網錶進行比對，確保物理實現與邏輯設計完全一緻，防止齣現邏輯錯誤。 VLSI設計是一個迭代的過程，在完成一個階段後，往往需要迴到前一個階段進行優化和修改，以達到最佳的設計目標。例如，在布局布綫過程中發現時序問題，可能就需要重新進行邏輯綜閤，甚至迴到RTL設計階段進行優化。 三、 製造工藝：微觀的煉金術，精密的藝術 VLSI的設計藍圖最終需要轉化為物理芯片，這離不開精密的製造工藝。芯片的製造過程是一個復雜且高成本的工業流程，需要極其潔淨的環境和高度自動化的設備。其核心是將設計好的電路圖形，通過一係列物理和化學反應，逐層“印刷”到矽晶片上。 晶圓製造 (Wafer Fabrication)：VLSI製造的基底是高純度的矽晶圓。首先，從單晶矽棒生長齣大尺寸的單晶矽柱，然後將其切割成薄而圓的矽片，即晶圓。晶圓的錶麵需要經過高度拋光，達到原子級彆的平整度。 光刻 (Photolithography)：光刻是芯片製造中最關鍵的步驟之一，它類似於照相，將電路設計中的圖案轉移到矽片上。 1. 塗覆光刻膠 (Photoresist Coating)：在晶圓錶麵均勻塗覆一層對光敏感的光刻膠。 2. 掩模對準 (Mask Alignment)：將包含特定電路圖案的掩模版（photomask）精確地對準晶圓。 3. 曝光 (Exposure)：通過紫外光照射掩模版，將掩模版上的圖案投影到晶圓上的光刻膠。光綫穿過掩模版透明區域的光刻膠會發生化學變化。 4. 顯影 (Development)：用顯影劑去除曝光或未曝光的光刻膠（取決於光刻膠的類型），從而在晶圓上形成與掩模版圖案相對應的光刻膠圖形。 刻蝕 (Etching)：在光刻膠圖形的保護下，通過化學或物理的方法去除暴露在外的部分，例如去除不需要的氧化層、金屬層或半導體材料，從而在矽片上形成凹槽或圖案。 離子注入 (Ion Implantation)：為瞭改變半導體材料的導電特性，需要將特定的雜質原子（如磷、砷、硼）注入到矽的特定區域。這個過程需要極高的能量和精確的劑量控製，以形成P型或N型半導體區域。 薄膜沉積 (Thin Film Deposition)：通過化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）等方法，在晶圓錶麵形成不同功能的薄膜，如絕緣層（氧化矽、氮化矽）、導電層（多晶矽、金屬）等。 化學機械拋光 (Chemical Mechanical Polishing, CMP)：在多次沉積和刻蝕之後，晶圓錶麵會變得不平整，CMP技術通過化學腐蝕和機械研磨相結閤的方式，使晶圓錶麵恢復平坦，為後續的光刻和沉積提供光滑的錶麵。 金屬互連 (Metallization)：在芯片的各個功能層之間，需要通過金屬導綫進行連接。通常采用銅或鋁等金屬，通過濺射或電鍍的方式沉積，然後通過光刻和刻蝕形成互連綫。現代VLSI芯片的互連層可達十幾層甚至更多，形成復雜的立體網絡。 封裝 (Packaging)：當芯片上的電路製造完成後，還需要進行封裝。封裝的作用是將製造好的芯片與外部電路連接，並提供保護。這個過程包括將獨立的芯片切割下來，連接到引腳，然後封裝到塑封或陶瓷外殼中。 四、 挑戰與未來 VLSI技術的發展並非一帆風順，它始終麵臨著嚴峻的挑戰。 摩爾定律的極限：隨著晶體管尺寸不斷縮小，物理極限也越來越近。量子效應、功耗限製、散熱問題等都成為製約技術進步的瓶頸。 設計復雜性：芯片的設計規模和復雜度日益增長，設計周期和成本不斷攀升，對EDA（電子設計自動化）工具的要求也越來越高。 製造工藝的瓶頸：製造工藝的精度要求極高，每一步都需要嚴謹的控製，稍有偏差就會導緻産品報廢。 盡管麵臨挑戰，VLSI技術仍在不斷突破。新材料（如二維材料）、新器件結構（如3D堆疊）、新架構（如存內計算）以及先進的封裝技術（如Chiplet）正在為VLSI的未來開闢新的道路。人工智能的加入，也正以前所未有的方式加速VLSI的設計和製造過程。 結語 VLSI技術是現代電子信息産業的基石，它承載著人類對信息處理能力不斷提升的渴望。從最初簡單的邏輯門，到如今集成億萬晶體管的復雜芯片，VLSI的發展史就是一部不斷挑戰極限、追求微縮和優化的曆史。理解VLSI的基礎設計原理和製造工藝，不僅能讓我們窺見現代科技的強大力量，更能激發我們對未來電子世界無限可能的想象。本書旨在為讀者提供一個清晰的視角，去認識和理解這個塑造我們現代世界的微小而偉大的電子心髒。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感受非常獨特，它不像某些教材那樣枯燥乏味，而是充滿瞭探索的樂趣。在閱讀《超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝》的過程中，我感覺自己像是在進行一場知識的“探險”。書中不僅僅是羅列知識點，更重要的是它在引導讀者去思考“為什麼”。為什麼需要特定的製造工藝？為什麼設計中會齣現這些挑戰？這種深入的追問方式，讓我對集成電路的理解不再停留在錶麵，而是能夠觸及到更深層次的原理。我特彆喜歡書中在介紹一些重要概念時，會引用曆史上的經典案例或者最新的研究進展，這讓學習過程變得更加生動有趣。比如，在講到CMOS器件的閾值電壓時，書中會迴顧MOSFET的發現曆史，以及它如何逐漸成為現代集成電路的核心。這種“溫故而知新”的學習方式，極大地增強瞭我對知識的記憶和理解。此外，書中對各種設計工具和仿真方法的介紹也十分實用，對於正在進行實際項目的設計者來說，這些信息無疑是非常寶貴的。總而言之，這本書不僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，引導我一步步走進集成電路的世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是我最近幾年讀過的最讓人激動的一本！作為一名初入集成電路設計領域的研究生，我一直渴望找到一本既能深入講解基礎概念，又能觸及前沿工藝的書籍。《超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝》完全超齣瞭我的預期。它不僅係統地梳理瞭CMOS的基本原理，還對各種工藝技術，比如光刻、刻蝕、薄膜沉積等，進行瞭詳盡的闡述。我特彆喜歡書中對每一個工藝步驟的細節描繪，從材料的選擇到設備的參數設定，都描述得繪聲繪色，仿佛我真的置身於一個現代化的晶圓廠之中。作者團隊的深厚功底在這本書中得到瞭淋灕盡緻的體現，他們成功地將如此復雜的技術轉化為易於理解的語言，並且配以大量高質量的圖示和流程圖，這對於我這樣需要從零開始構建知識體係的學習者來說，簡直是及時雨。更讓我驚喜的是，書中還討論瞭許多現代IC設計中麵臨的挑戰，例如功耗、信號完整性以及可靠性問題，並給齣瞭相應的解決方案和設計策略。讀完這本書，我對超大規模集成電路的整體框架有瞭更清晰的認識，也更加堅定瞭繼續深入研究的決心。它為我的學術生涯打下瞭堅實的基礎，也讓我對未來充滿信心。

評分☆☆☆☆☆

說實話，一開始我選擇這本書純粹是因為它的標題。《超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝》聽起來就是那種能夠全麵覆蓋主題的權威著作，而事實也證明瞭我的直覺。這本書的內容密度非常高，每一頁都充滿瞭信息量。我特彆欣賞它在設計部分的處理方式，它不僅僅羅列瞭各種設計方法，而是深入剖析瞭不同設計方法的適用場景、優缺點，以及在實際應用中需要注意的關鍵點。例如，在講解版圖設計時，書中不僅介紹瞭基本的規則，還深入討論瞭設計規則檢查（DRC）和版圖後仿真（Post-Layout Simulation）的重要性，以及如何通過這些手段來保證設計的正確性和性能。在製造工藝方麵，這本書也非常齣色，它並沒有停留在理論層麵，而是詳細介紹瞭各種製造工藝的物理原理和化學過程，以及它們對器件性能和可靠性的影響。我尤其對書中關於先進互連技術和三維集成工藝的介紹印象深刻，這些都是當前IC製造領域的尖端技術，能在這本書中找到如此詳盡的介紹，實在令人欣慰。這本書的語言風格嚴謹而不失可讀性，雖然技術性很強，但作者們努力讓讀者能夠理解其中復雜的概念，這一點做得非常到位。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感受，更像是在體驗一場“化學反應”。《超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝》這本書，就像是一個催化劑，瞬間點燃瞭我對集成電路製造工藝的濃厚興趣。書中對各種納米級的加工過程的描述，簡直就是一門關於“魔法”的科學。從矽的提純，到晶圓的生長，再到光刻、刻蝕、摻雜、沉積等一係列復雜而又精密的步驟，書中的描述都極為細緻入微，仿佛讀者身臨其境，能夠親眼目睹芯片是如何在分子層麵被“雕刻”齣來的。我尤其對書中關於光刻技術中各種先進技術的介紹，比如EUV（極紫外光刻）的應用，讓我對現代半導體製造的極限有瞭更深的認識。它不僅僅是冰冷的理論，書中還穿插瞭許多實際案例和技術挑戰，讓我看到這些技術是如何在現實中剋服重重睏難，不斷突破極限的。這本書的優點在於，它成功地將抽象的科學原理與具體的工程實踐緊密結閤起來，讓讀者在理解科學本質的同時，也能感受到工程的魅力。對於我這樣對材料科學和物理化學有著濃厚興趣的人來說，這本書無疑是打開瞭另一個令人興奮的研究領域。

評分☆☆☆☆☆

老實說，拿到《超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝》這本書的時候，我並沒有抱太高的期望。我一直覺得集成電路這個領域離我的專業比較遠，可能會有很多晦澀難懂的概念。但是，這本書徹底改變瞭我的看法。它以一種非常循序漸進的方式，從最基礎的概念講起，逐步深入到復雜的集成電路設計和製造工藝。書中對各種術語的解釋都非常清晰，而且配有大量的插圖，即使是初學者也能很快理解。我印象最深刻的是書中關於版圖設計的部分，它不僅介紹瞭基本的布局布綫規則，還詳細講解瞭如何優化版圖以提高性能、降低功耗和減小麵積。這對於我這樣對版圖設計完全不瞭解的人來說，簡直是打開瞭一扇新世界的大門。另外，書中對製造工藝的介紹也同樣精彩，它讓我瞭解到瞭集成電路是如何從一塊矽片一步步變成我們日常生活中隨處可見的芯片的。整個過程充滿瞭精密的科學原理和令人驚嘆的技術。這本書讓我對集成電路這個行業産生瞭濃厚的興趣，也為我未來的職業發展提供瞭新的方嚮。