納米級CMOS超大規模集成電路可製造性設計 (美)Sandip Kundu等著 97870 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美Sandip Kundu等著 著

圖書標籤:

• CMOS集成電路
• 納米技術
• 可製造性設計
• 超大規模集成電路
• VLSI
• 半導體
• 工藝集成
• 電路設計
• Sandip Kundu
• 電子工程

店鋪： 北京十翼圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030400345

商品編碼：29521919450

包裝：平裝

齣版時間：2014-04-01

基本信息

書名:納米級CMOS超大規模集成電路可製造性設計

定價：58.00元

售價：47.6元,便宜10.4元,摺扣82

作者:(美)Sandip Kundu等著

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2014-04-01

ISBN：9787030400345

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《納米級CMOS超大規模集成電路可製造性設計》的內容包括：CMOSVLSI電路設計的技術趨勢；半導體製造技術；光刻技術；工藝和器件的擾動和缺陷分析與建模；麵嚮可製造性的物理設計技術；測量、製造缺陷和缺陷提取；缺陷影響的建模和閤格率提高技術；物

目錄

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章　緒論
　1.1　技術趨勢：延續摩爾定律
　　1.1.1　器件的改進
　　1.1.2　材料科學的貢獻
　　1.1.3　深亞波長光刻
　1.2　可製造性設計
　　1.2.1　DFM的經濟價值
　　1.2.2　偏差
　　1.2.3　對基於模型的DFM方法的需求
　1.3　可靠性設計
　1.4　小結
　　參考文獻
第2章　半導體製造
　2.1　概述
　2.2　圖形生成工藝
　　2.2.1　光刻
　　2.2.2　刻蝕技術
　2.3　光學圖形生成
　　2.3.1　照明係統
　　2.3.2　衍射
　　2.3.3　成像透鏡係統
　　2.3.4　曝光係統
　　2.3.5　空間像與縮小成像
　　2.3.6　光刻膠圖形生成
　　2.3.7　部分相乾
　2.4　光刻建模
　　2.4.1　唯象建模
　　2.4.2　光刻膠的完全物理建模
　2.5　小結
　　參考文獻
第3章　工藝和器件偏差：分析與建模
　3.1　概述
　3.2　柵極長度偏差
　　3.2.1　光刻導緻的圖形化偏差
　　3.2.2　綫邊緣粗糙度：理論與特性
　3.3　柵極寬度偏差
　3.4　原子的波動
　3.5　金屬和電介質厚度偏差
　3.6　應力引起的偏差
　3.7　小結
　　參考文獻
第4章　麵嚮製造的物理設計
　4.1　概述
　4.2　光刻工藝窗口的控製
　4.3　分辨率增強技術
　　4.3.1　光學鄰近效應修正
　　4.3.2　亞分辨率輔助圖形
　　4.3.3　相移掩膜
　　4.3.4　離軸照明
　4.4　DFM的物理設計
　　4.4.1　幾何設計規則
　　4.4.2　受限設計規則
　　4.4.3　基於模型的規則檢查和適印性驗證
　　4.4.4　麵嚮可製造性的標準單元設計
　　4.4.5　減小天綫效應
　　4.4.6　DFM的布局與布綫
　4.5　高級光刻技術
　　4.5.1　雙重圖形光刻
　　4.5.2　逆嚮光刻
　　4.5.3　其他高級技術
　4.6　小結
　　參考文獻
第5章　計量、製造缺陷以及缺陷提取
　5.1　概述
　5.2　工藝所緻的缺陷
　　5.2.1　誤差來源的分類
　　5.2.2　缺陷的相互作用及其電效應
　　5.2.3　粒子缺陷建模
　　5.2.4　改善關鍵區域的版圖方法
　5.3　圖形所緻缺陷
　　5.3.1　圖形所緻缺陷類型
　　5.3.2　圖形密度問題
　　5.3.3　圖形化缺陷建模的統計學方法
　　5.3.4　減少圖形化缺陷的版圖方法
　5.4　計量方法
　　5.4.1　測量的精度和容限
　　5.4.2　CD計量
　　5.4.3　覆蓋計量
　　5.4.4　其他在綫測量
　　5.4.5　原位計量
　5.5　失效分析技術
　　5.5.1　無損測試技術
　　5.5.2　有損測試技術
　5.6　小結
　　參考文獻
第6章　缺陷影響的建模以及成品率提高技術
　6.1　概述
　6.2　缺陷對電路行為影響的建模
　　6.2.1　缺陷和故障的關係
　　6.2.2　缺陷-故障模型的作用
　　6.2.3　測試流程
　6.3　成品率提高
　　6.3.1　容錯技術
　　6.3.2　避錯技術
　6.4　小結
　　參考文獻
第7章　物理設計和可靠性
　7.1　概述
　7.2　電遷移
　7.3　熱載流子效應
　　7.3.1　熱載流子注入機製
　　7.3.2　器件損壞特性
　　7.3.3　經時介電擊穿
　　7.3.4　緩解HCI引起的退化
　7.4　負偏壓溫度不穩定性
　　7.4.1　反應-擴散模型
　　7.4.2　靜態和動態NBTI
　　7.4.3　設計技術
　7.5　靜電放電
　7.6　軟錯誤
　　7.6.1　軟錯誤的類型
　　7.6.2　軟錯誤率
　　7.6.3　麵嚮可靠性的SER緩解與修正
　7.7　可靠性篩選與測試
　7.8　小結
　　參考文獻
第8章　可製造性設計：工具和方法學
　8.1　概述
　8.2　IC設計流程中的DFx
　　8.2.1　標準單元設計
　　8.2.2　庫特徵化
　　8.2.3　布局、布綫與虛擬填充
　　8.2.4　驗證、掩膜綜閤與檢測
　　8.2.5　工藝和器件仿真
　8.3　電氣DFM
　8.4　統計設計與投資迴報率
　8.5　優化工具的DFM
　8.6　麵嚮DFM的可靠性分析
　8.7　未來技術節點的DFx
　8.8　結束語
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《精工細作：集成電路製造中的關鍵技術與挑戰》 在當今數字時代，集成電路（IC）如同微觀世界的精密藝術品，是支撐起我們日常電子設備運行的基石。從智能手機到高性能計算，從醫療設備到航空航天，無處不見IC的身影。然而，將設計的藍圖轉化為真實的、能夠穩定可靠工作的集成電路，並非易事，其中蘊含著無數的科學智慧、工程技巧和對物理規律的深刻理解。本書《精工細作：集成電路製造中的關鍵技術與挑戰》便緻力於揭示這一復雜而迷人的過程，帶領讀者深入探索集成電路製造領域的核心技術，剖析其麵臨的嚴峻挑戰，並展望未來的發展方嚮。 集成電路製造是一個多學科交叉、工藝流程極其復雜的係統工程。它不僅需要電子工程、材料科學、物理學等基礎學科的紮實支撐，更需要微納加工、化學、機械等工程技術的精湛運用。本書將從集成電路設計的源頭齣發，逐步深入到製造的各個關鍵環節，力求為讀者構建一個全麵而深刻的理解框架。 第一章：設計的源泉——邏輯到物理的轉換 任何集成電路的誕生，都始於邏輯設計的層麵。設計師們用高度抽象的語言描述著芯片的功能和行為。然而，將這些邏輯門和寄存器的抽象概念轉化為物理世界中能夠實現的晶體管和互連綫，是實現電路功能的第一步。本章將探討如何從邏輯網錶齣發，通過布局（Placement）和布綫（Routing）等關鍵步驟，將邏輯電路有效地映射到矽片之上。我們將深入理解布局的藝術，如何以最小的麵積、最短的綫長、最少的交叉點來安排數以億計的晶體管；以及布綫的挑戰，如何在有限的空間內，用多層金屬互連綫連接所有的器件，同時規避信號乾擾和時序問題。這一過程的優化程度，直接關係到最終芯片的性能、功耗和成本，因此，對於設計工具和算法的理解至關重要。 第二章：矽基的舞者——半導體材料與器件物理 集成電路的核心載體是半導體材料，其中矽（Si）占據著主導地位。本章將追溯矽材料的特性，深入探討其作為半導體材料的優越性，以及從高純度矽晶圓到最終器件的生長過程。我們還將聚焦於構成集成電路基本單元的晶體管——MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）。讀者將瞭解MOSFET的工作原理，包括其溝道形成、載流子傳輸、閾值電壓等關鍵物理概念。隨著技術節點的不斷縮小，傳統平麵MOSFET麵臨著短溝道效應等諸多挑戰，因此，本章還將介紹 FinFET（鰭式場效應晶體管）和 Gate-All-Around (GAA) FET 等先進的晶體管結構，解析它們如何剋服物理極限，實現更優異的電學性能。 第三章：微觀雕刻——光刻與蝕刻技術的奧秘 將設計好的電路圖形轉移到矽片上，是集成電路製造中最具技術含量的環節之一。本章將詳細闡述光刻（Photolithography）技術，這一過程如同在矽片上“印刷”電路。我們將從光刻機的原理講起，包括光源（如深紫外光DUV、極紫外光EUV）、掩模版（Mask）、光學係統以及光刻膠（Photoresist）的化學性質。讀者將瞭解到如何通過曝光和顯影，將掩模版上的圖案精確地轉移到光刻膠層上。 緊隨光刻之後，便是蝕刻（Etching）技術。蝕刻的作用是根據光刻膠的圖案，選擇性地去除矽片或薄膜層上的材料，從而形成所需的器件結構和互連綫。本章將區分乾法蝕刻（Dry Etching）和濕法蝕刻（Wet Etching），重點介紹等離子體蝕刻（Plasma Etching）在現代IC製造中的核心地位。我們將探討等離子體的産生、刻蝕反應機理、刻蝕速率、選擇性以及各嚮異性等關鍵參數，以及如何通過精確控製這些參數，實現納米級的圖形轉移和高精度的結構製造。 第四章：層層堆疊——薄膜沉積與化學機械拋光 集成電路的製造並非一次性完成，而是通過一層層地堆疊和加工不同的材料來實現。本章將聚焦於關鍵的薄膜沉積（Thin Film Deposition）技術。我們將介紹各種重要的沉積方法，例如化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）以及原子層沉積（ALD）。讀者將瞭解不同沉積技術在材料種類（如二氧化矽、氮化矽、多晶矽、金屬等）、膜厚控製、均勻性、緻密性等方麵的優勢和適用場景。 在多層結構的加工過程中，精確的平麵化至關重要，以確保後續工藝的精度。化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技術便是實現這一目標的關鍵。本章將深入解析CMP的原理，它結閤瞭化學腐蝕和機械研磨的作用，能夠去除多餘的材料，使錶麵達到納米級的平整度。我們將探討CMP在集成電路製造中的應用，如金屬層互連的平坦化、淺溝道隔離（STI）的填充等，並討論其對器件性能和良率的影響。 第五章：互聯的藝術——金屬互連與電遷移 集成電路的性能，在很大程度上取決於其內部的互連係統。大量的晶體管需要通過精密的金屬導綫進行連接，以實現信息的快速傳輸。本章將詳細介紹金屬互連技術的演進。從早期的鋁互連，到如今廣泛應用的銅互連，以及未來可能齣現的納米綫和碳納米管互連。我們將重點關注銅互連的阻擋層（Barrier Layer）和擴散阻擋（Diffusion Barrier）的重要性，以及其化學機械拋光工藝（Dual Damascene Process）的細節。 然而，當電流通過這些微細的金屬導綫時，會産生電遷移（Electromigration）現象。電遷移是導緻集成電路失效的重要原因之一。本章將深入探討電遷移的物理機製，即電子動量嚮晶格原子的傳遞，導緻原子遷移和空洞形成。我們將分析影響電遷移的因素，如電流密度、溫度、金屬材料的晶粒結構等，並介紹設計和製造上的策略，以提高互連綫的可靠性，延長芯片的使用壽命。 第六章：嚴苛的考驗——集成電路的測試與封裝 完成芯片的製造過程後，並不意味著集成電路就可以直接投入使用。在進入封裝階段之前，必須經過嚴格的測試，以確保每一個芯片都符閤設計規範。本章將闡述片上測試（On-Chip Testing）的重要性，包括設計可測試性（Design for Testability, DFT）技術，如掃描鏈（Scan Chain）、內建自測試（Built-In Self-Test, BIST）等。讀者將瞭解如何通過這些技術，高效地檢測齣芯片中的製造缺陷，提高測試覆蓋率。 芯片的測試完成後，便進入封裝階段。封裝不僅是保護芯片免受物理損傷和環境影響，更是將芯片與外部電路連接的橋梁。本章將介紹各種常見的封裝技術，如引綫鍵閤（Wire Bonding）、倒裝芯片（Flip-Chip）以及先進的3D封裝技術。我們將探討封裝材料的選擇，封裝結構的設計，以及它們對芯片性能、散熱和可靠性的影響。 第七章：未來的前沿——超越摩爾定律的挑戰與機遇 集成電路製造的發展，正以前所未有的速度推進著摩爾定律（Moore's Law）的演進。然而，隨著技術節點的不斷縮小，物理極限越來越近，傳統的光刻和材料製備技術正麵臨著巨大的挑戰。本章將聚焦於集成電路製造的未來前沿。我們將探討超越傳統CMOS器件的可能，如新型半導體材料（如III-V族化閤物、二維材料）、量子計算相關的器件以及仿生學原理在集成電路設計中的應用。 同時，本章也將關注先進的製造技術，例如 EUV 光刻技術的進一步發展及其帶來的機遇，以及如何利用 AI 和機器學習優化製造工藝，提高良率和效率。此外，3D 集成電路、Chiplet（芯粒）等技術的發展，為突破傳統集成電路的性能瓶頸提供瞭新的思路。本書的最後，我們將展望集成電路製造在人工智能、物聯網、5G通信等新興領域的關鍵作用，以及其在推動社會進步和科技創新中的無限潛力。 《精工細作：集成電路製造中的關鍵技術與挑戰》旨在為電子工程、微電子學、材料科學等領域的學生、研究人員以及行業從業者提供一個深入瞭解集成電路製造過程的窗口。通過對基礎原理的闡釋、關鍵技術的剖析和未來趨勢的展望，本書期望能激發讀者對這一精密工程領域的興趣，並為相關技術的進一步發展貢獻一份力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的整體結構安排非常巧妙，它遵循瞭一條從宏觀到微觀，再從物理到統計，最終迴到係統級實現的清晰路徑。不同於許多技術書籍往往在開篇就陷入繁復的數學推導，本書首先建立瞭對當前CMOS技術瓶頸的清晰認知，這種“問題導嚮”的敘事方法極大地提高瞭讀者的代入感。比如，它在探討亞閾值區電流泄漏控製時，不僅分析瞭DIBL（Drain-Induced Barrier Lowering）效應，還聯係到瞭功耗牆的現實挑戰。隨後，作者纔逐步引入必要的物理模型來解釋這些現象。對於那些試圖從傳統的數字電路設計轉嚮更深層次的晶體管和工藝交互層麵的人來說，這本書提供瞭一個絕佳的過渡平颱。它要求的不僅僅是理解，更是要培養一種“工藝敏感性”的設計直覺。整本書的厚重感和知識的密度，預示著它不會是一本可以快速翻閱的書籍，它要求讀者投入足夠的時間去消化和反思，但最終的迴報絕對是豐厚的，它為我們理解未來十年的半導體技術發展提供瞭堅實的方法論基礎。

評分☆☆☆☆☆

對於我個人而言，閱讀體驗中最具啓發性的一環，是關於設計規則的“自洽性”討論。通常我們遵循的是一套固定的設計規則手冊（DRM），但本書提齣瞭一種動態的、反饋式的規則生成機製。它通過精細的仿真模型，展示瞭當某個設計參數（比如綫寬）發生微小變化時，對整個芯片功耗和可靠性的連鎖反應。書中的圖錶和案例分析極富衝擊力，它們直觀地揭示瞭在小於10納米節點上，設計決策的“蝴蝶效應”。我特彆記下瞭關於應力工程和金屬遷移風險評估的部分，作者提供瞭一種量化方法，將這些通常被視為可靠性部門工作的範疇，融入到瞭前端設計流程中。這種高度集成化的設計思維，是當前行業追求更高集成度和更低功耗密度背景下亟需的。它的語言嚴謹但又不失流暢，閱讀過程仿佛是與一位經驗豐富的資深專傢進行深入的思維碰撞，總能在不經意間被新的觀點點亮。

評分☆☆☆☆☆

讀完此書，我最大的感受是它徹底顛覆瞭我過去對“設計”與“製造”之間關係的傳統認知。以往的許多資料往往將這兩者視為前後相繼的兩個獨立階段，而本書的核心思想——“可製造性設計”（DFM）——則強調瞭一種前瞻性的、嵌入式的設計哲學。它不是在設計完成後再進行可製造性檢查，而是在設計周期的最前端，就將工藝的限製、變異性（Variability）和良率目標內化為設計規則的一部分。書中關於工藝變異性建模的部分尤其精彩，它沒有采用過於簡化的統計方法，而是深入探討瞭隨機過程在光刻、刻蝕等關鍵步驟中如何影響器件參數，並提齣瞭相應的魯棒性設計策略。這種對微觀隨機物理現象與宏觀電路性能之間復雜耦閤關係的把握，是本書區彆於其他同類書籍的關鍵所在。它迫使讀者從一個“器件物理學傢”和“良率工程師”的雙重角度來審視每一個電路決策，這對於推動下一代超大規模集成電路的持續發展至關重要。整本書的論述邏輯嚴密，層層遞進，將復雜的工程問題解析得清晰有力，展現瞭作者深厚的學術功底和豐富的實踐經驗。

評分☆☆☆☆☆

這部新近拜讀的著作，著實讓人眼前一亮，它在傳統半導體器件物理的堅實基礎上，以一種近乎苛刻的審慎態度，探討瞭未來集成電路工藝的極限挑戰。我尤其欣賞作者在闡述納米尺度效應時所展現齣的那種深邃的洞察力，那種對材料特性在極小尺度下如何偏離宏觀規律的精妙描摹。書中對新穎晶體管結構如FinFET乃至Gate-All-Around（GAA）器件的物理機製和設計考量的分析，細緻入微，遠超一般教科書的範疇。它不僅僅是停留在公式推導層麵，更深入到瞭良率控製和工藝窗口優化的實際工程睏境中。例如，書中對靜電完整性和短溝道效應的深度剖析，結閤瞭量子隧穿效應和載流子輸運的復雜性，提供瞭一種跨越經典半導體理論的全新視角。對於那些真正緻力於前沿IC設計和工藝集成的工程師和研究生而言，這本書無疑是一份極具價值的參考資料，它催人深思，促使我們在設計之初就必須將製造的“可行性”作為核心約束，而非僅僅是性能的追求。它成功地搭建瞭一座連接理論模型與實際晶圓廠環境的橋梁，其深度和廣度都令人印象深刻，是近年來該領域少有的力作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格與我之前接觸的某些偏嚮於“快速迭代”和“商業應用”的教材截然不同，它散發著一種紮實的學術氣息和對基礎科學的敬畏。它沒有過多糾纏於最新的商業IP核或者特定EDA工具的使用技巧，而是將注意力聚焦於那些跨越代際、具有長期指導意義的物理和數學原理。例如，在探討互連綫延遲模型時，它不僅僅滿足於RC延遲的簡化模型，而是追溯到電磁波在納米尺度金屬綫中的傳播特性，以及介電常數變化對串擾的影響。這種對底層物理的探究，使得書中的結論具有極強的生命力，即便未來十年工藝節點發生變化，其背後的原理依然適用。更難能可貴的是，作者在處理一些前沿概念時，如新型存儲器或2.5D/3D封裝的集成挑戰時，處理得極為審慎，避免瞭空泛的預測，而是基於現有的材料科學和熱力學限製進行嚴謹的推導。這使得本書更像是一部關於“如何思考集成電路極限”的指南，而非僅僅是“如何實現當前技術”的說明書，非常適閤希望打下堅實基礎的學術研究者。