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1、 半导体集成电路课程教学课程总体介绍：1教材：选用上海科技出版社出版的，由电子工业部教材办公室组织编写的高等学校教材半导体集成电路一书。该教材参考教学学时为 120 学时。2 目前实际教学学时数：课内 66+实验 6，共计 72 学时。3 教学内容：(按 72 学时删减)第一篇 双极型逻辑集成电路 26 学时第一章 集成电路的寄生效应（含序论） 7 学时第二章 TTL 集成电路 12 学时第三章 TTL 中大规模集成电路 3 学时第四章 TTL 电路版图设计 4 学时第二篇 MOS 逻辑集成电路 26 学时有关 MOS 管 +前言 3 学时第六章 nMOS 逻辑集成电路 9 学时第七章 CMO
2、S 集成电路 8 学时第八章 动态,准静态 MOS 电路简介 2 学时第九章 MOS 集成电路版图设计 4 学时第三篇 模拟集成电路 20 学时第十一章 模拟集成电路中的特殊元件 8 学时第十二章 模拟集成电路中的基本单元 9 学时第十三章 集成运算放大器简介 3 学时 课程教案:序言 1 学时内容:1 集成电路1.1 集成电路定义1.2 集成电路特点1.3 集成电路分类2 半导体集成电路2.1 半导体集成电路分类2.2 有关半导体集成电路的集成度2.3 半导体集成电路的优缺点3 课程内容介绍及参考书 课程重点：介绍了何谓集成电路，集成电路是如何分类的（即可分为膜集成电路.半导体集成电路和混合
3、集成电路），集成电路有何特点；介绍了何谓半导体集成电路，半导体集成电路的分类（即按照电路中晶体管的导电载流子状况分类，可分为双极型集成电路和单极型集成电路两种；按照电路工作性质分类，可分为数字集成电路和模拟集成电路两种），半导体集成电路的重要概念-集成度，以及半导体集成电路的优点（即体积小重量轻；技术指标先进可靠性高以及便于大批量生产和成本低等）。最后给出了课程总体内容介绍，并给出了有关参考书。2课程难点：有关半导体集成电路的定义，不同方法的分类；有关半导体集成电路集成度的两种定义方法，以及半导体集成电路的最突出的优点。基本概念：1 集成电路-将某一电路所需的若干元器件（晶体管；二极管；电阻和
4、电容）均制作于一个（或几个）基片上，通过布线连接构成的完整电路。2 膜集成电路-由金属和金属合金薄膜以及半导体薄膜制成元器件，布线连接构成的集成电路。3 半导体集成电路-以半导体（硅）单晶为基片，以外延平面工艺为基础工艺，将构成电路的各元器件制作于同一基片上，布线连接构成的功能电路。4 混合集成电路（组合集成电路）-由半导体集成电路，膜集成电路和分离元件中至少两种构成的集成电路。5 双极型集成电路-由一般平面双极晶体管构成的集成电路，其载流子为电子和空穴。6 单极型集成电路（MOS 集成电路）-由 MOS 场效应管构成的集成电路，其导电载流子仅有电子（或空穴）一种。7 数字集成电路-处理数字量
5、信号的集成电路。数字量指以某一最小单元作不连续变化的量。8 模拟集成电路-处理模拟量信号的集成电路。模拟量指能够连续变化的量。9 集成电路的集成度-单位面积芯片上最多可容纳的元器件个数。单位；元器件个数/平方毫米。10 集成电路的规模-以单个芯片上最多可容纳的元器件个数为划分依据。单位；元器件个数/单芯片。基本要求：掌握集成电路的定义及分类；半导体集成电路的定义及分类；了解半导体集成电路的应用场合；知道以规模定义的半导体集成电路的集成度以及集成度定义的扩展。课程参考书目及要求：对双极型部分：1 器件原理部分：书目：半导体物理已开过课程；晶体管原理与本课程同期开课；半导体器件物理同名书目。要求：
6、熟悉晶体管单结特性及相关公式；熟悉晶体管双结特性及部分相关公式；熟悉晶体管瞬态（频率）特性。2 工艺原理部分：书目： 半导体器件工艺原理77 年统编教材；超大规模集成电路技术基础99 年由电子工业出版社出版；集成电路制造技术与本课程同期开课。要求：熟悉 pn 结形成的工艺原理及平面结工艺结构；熟悉 pn 结形成时的工艺影响因素；熟悉常规集成电路工艺剖面结构以及各电性区的作用，集成电路制造带来的各种寄生。3 电路及集成电路构成基础知识部分：书目：电子技术基础已开过课程；数字集成电路已开过课程；模拟集成电路已开过课程。要求：熟悉各种门电路的基本线路构成；熟悉构成各种门电路的各种基本元器件；熟悉各种
7、门电路的基本工作原理；熟悉各种门电路的组合；熟悉各种二进制规则及逻辑关系的变换。MOS 集成电路部分：书目： 晶体管原理第八章 场效应晶体管；单极型晶体管。要求：熟悉 MOS 晶体管结构；熟悉 MOS 晶体管工作原理；熟悉 MOS 晶体管类型及不同工作条件下的特性；熟悉 MOS 晶体管各种电流-电压关系式。第一篇 双极型逻辑集成电路 26 学时3第一章 集成电路的寄生效应 (6 学时)1.1 集成电路的特殊工艺及结构 1 学时内容: 1 典型 pn 结隔离工艺 1.1 pn 结隔离工艺的工艺流程1.2 典型 pn 结隔离的实现及埋层作用1.3 pn 结隔离结构形成的说 明2 介质隔离工艺2.1
8、 介质隔离工艺的工艺流程2.2 介质隔离工艺中晶体管和电阻的结构剖图2.3 介质隔离工艺的工艺特点3 pn 结-介质混合隔离3.1 pn 结-介质混合隔离剖面结构3.2 pn 结-介质混合隔离结构特点课程重点: 本节主要介绍了双极型逻辑集成电路制造中常用的典型 pn 结隔离工艺以及补充了性能更优越的介质隔离和 pn 结-介质混合隔离工艺,对三种工艺的工艺流程和工艺剖面结构分别作了介绍,并对三种工艺的工艺特点作了对比。其中最重要的是典型的 pn 结隔离的工艺内容，这仍然是双极型逻辑集成电路制造中最最常用的隔离工艺，因为该工艺与常规平面制造工艺相容性最好。对三种工艺所制造的埋层结构做了介绍，并介绍
9、了埋层所起到的两个作用，即解决了正面连线造成的集电极串联电阻增大的问题，又解决了器件功率特性和频率特性对材料要求的矛盾。强调了常规 pn 结隔离是如何从工艺上实现的，即隔离扩散的各扩散区均必须扩穿外延层而与 p 衬底连通（或称各隔离墙均有效）；强调了常规 pn 结隔离集成电路在使用时是如何给予电性保证的，即 p 衬底连接电路最低电位（保证隔离 pn 结二极管处于反向偏置）。课程难点：三种隔离方法是如何达到使半导体集成电路中各元器件在电性能上达到绝缘隔离的；三种工艺中制造的埋层在集成电路中作用的原理；pn 结隔离是如何工艺实现的，如何在使用时给予电性保证的。基本概念：1 pn 结隔离-利用反向
10、pn 结的大电阻特性实现集成电路中各元器件间电性隔离方法。2 介质隔离-使用绝缘介质取代反向 pn 结，实现集成电路中各元器件间电性隔离方法。3 混合隔离-在实现集成电路中各元器件间电性隔离时，既使用了反向 pn 结的大电阻特性又使用了绝缘介质电性绝缘性质的方法。基本要求：了解三种隔离方法各自的工艺流程，流程中重点工序的工艺方法和工艺特点。了解三种隔离方法各自的隔离特点和隔离性能对比，特别是隔离结构带来的有源寄生和无源寄生性能的对比。着重掌握典型 pn 结隔离的工艺流程和各工序的作用，了解典型 pn 结隔离集成电路的 pn 结隔离是如何工艺实现的，如何在使用时给予电性保证的；清楚的知道埋层是如
11、何制造的，埋层有何特点，埋层在半导体集成电路结构中有何作用以及埋层制造质量对集成电路电性的能影响。1.2 集成电路中元器件的结构和寄生效应 1 学时内容：1 集成电路中 npn 管结构带来的寄生效应1.1 典型 pn 结隔离结构中 npn 管带来的寄生效应1.2 pn-介质混合隔离结构中 npn 管带来的寄生效应1.3 介质隔离结构中 npn 管带来的寄生效应2 集成电路中电阻结构带来的寄生效应2.1 典型 pn 结隔离结构中电阻的结构特点2.2 引入的寄生器件2.3 电路中电阻的使用特点2.4 集成电路中电阻结构引入的寄生电容3 集成电路中典型倒相器引入的寄生效应43.1 集成倒相器的构成及
12、其寄生3.2 去除有源寄生的措施课程重点：本节主要介绍了常规集成电路制造中典型元件-基区扩散电阻制造带来的寄生效应，它在集成电路中的典型工艺剖面结构为三层二 结结构；典型器件 npn 管制造带来的寄生效应，它在集成电路中的典型工艺剖面结构为四层三结结构；典型倒相器制造带来的寄生效应，它应含有电阻制造带来的寄生和 npn 管制造带来的寄生。这些寄生均分为有源寄生效应和无源寄生效应，有源寄生效应影响集成电路的直流特性和瞬态特性，是极其有害的；而无源寄生仅影响电路的瞬态特性。本节重点是 npn 管制造带来的寄生效应，其有源寄生-寄生晶体管对集成电路性能带来的不良影响。介绍了如何从工艺上采取措施消除这
13、种有源寄生的影响，所采取的工艺措施是在 npn 管集电区掺金（相当于在 pnp 管基区掺金）和在 npn 管集电区设置高浓度 n 型埋层（影响 pnp 管基区性质），它们的作用原理是：掺金的作用，使 pnp 管基区中高复合中心数增加，少数载流子在基区复合加剧，由于非平衡少数载流子不可能到达集电区从而使 pnp 管电流放大系数大大降低。埋层的作用有两个，其一，埋层的下反扩散导致 pnp 管基区宽度增加，非平衡少数载流子基区渡越时间增长，非平衡少数载流子在基区的复合率增大，从而使 pnp 管电流放大系数降低；其二，埋层的上反扩散导致 pnp 管基区掺杂浓度增大，基区方块电阻减小，由晶体管原理可知，这将导致发射效率下降从而使 pnp 管电流放大系数降低，综上所述，各作用的结果使寄生 pnp 管的电流放大系数降至 0.01 以下，则有源寄生转变为无源寄生，仅体现为势垒电容的性质。课程难点：集成电阻制造.集成晶体管的制造.集成倒相器的制造在集成电路中实际带来的无源寄生-电容；有源寄生-晶体管均将参与电路工作。由集成电阻和集成晶体管在集成电路中可能工作状态的分析，集成晶体管结构将带来有源寄生，从而影响集成电路的直流工作性能。因此，需尽可能采取各种工艺措施来消除这种有源寄生的影
