目 錄
第1章 緒論 1
1.1 微電子學和集成電路 1
1.2 集成電路的發(fā)展簡史 2
1.2.1 第一個晶體管的發(fā)明 2
1.2.2 第一塊集成電路 3
1.2.3 集成電路蓬勃發(fā)展 4
1.2.4 集成電路的發(fā)展特點和規(guī)律 5
1.3 集成電路的分類 7
1.3.1 按器件結構類型分類 7
1.3.2 按集成電路規(guī)模分類 8
1.3.3 按電路功能分類 9
1.4 集成電路設計制造流程和產(chǎn)業(yè)構成 10
1.5 微電子學的發(fā)展方向 11
1.5.1 后CMOS納米器件的發(fā)展 12
1.5.2 新一代半導體材料 13
1.5.3 微型傳感器 14
1.5.4 超越摩爾定律 14
習題1 15
參考文獻 15
第2章 半導體物理基礎 16
2.1 固體晶格結構 16
2.1.1 半導體材料 16
2.1.2 固體類型 17
2.1.3 空間晶格結構 18
2.1.4 原子價鍵 19
2.2 固體量子理論初步 20
2.2.1 量子態(tài) 20
2.2.2 能級 21
2.2.3 能帶理論 22
2.2.4 導體、半導體、絕緣體的能帶 24
2.3 半導體的摻雜 24
2.3.1 半導體中的載流子 25
2.3.2 本征半導體 26
2.3.3 雜質半導體及其雜質能級 26
2.3.4 雜質的補償作用 29
2.4 半導體中載流子的統(tǒng)計分布 30
2.4.1 狀態(tài)密度 30
2.4.2 熱平衡和費米分布函數(shù) 31
2.4.3 電子和空穴的平衡分布 33
2.4.4 本征半導體的載流子濃度 35
2.4.5 雜質半導體的載流子濃度 36
2.5 載流子的漂移與半導體的導電性 40
2.5.1 載流子的熱運動 40
2.5.2 載流子的漂移運動和遷移率 41
2.5.3 遷移率和半導體的導電性 42
2.5.4 載流子的散射 43
2.5.5 影響遷移率的主要因素 44
2.5.6 電阻率與摻雜濃度、溫度的關系 46
2.6 非平衡載流子 48
2.6.1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復合 48
2.6.2 準費米能級 50
2.6.3 載流子的擴散運動 51
2.6.4 愛因斯坦關系式 53
2.6.5 連續(xù)性方程 54
習題2 55
參考文獻 57
第3章 半導體器件物理基礎 58
3.1 PN結 58
3.1.1 PN結的形成 58
3.1.2 平衡PN結 59
3.1.3 PN結的正向特性 65
3.1.4 PN結的反向特性 68
3.1.5 PN結的擊穿特性 70
3.1.6 PN結的電容效應 72
3.1.7 PN結的開關特性 74
3.2 雙極型晶體管 75
3.2.1 雙極型晶體管的基本結構 76
3.2.2 雙極型晶體管的電流放大原理 77
3.2.3 雙極型晶體管的直流特性曲線 83
3.2.4 雙極型晶體管的反向電流和擊穿特性 86
3.2.5 雙極型晶體管的頻率特性 88
3.2.6 雙極型晶體管的開關特性 89
3.3 MOS場效應晶體管 92
3.3.1 MOS場效應晶體管的基本結構 92
3.3.2 MIS結構 94
3.3.3 MOS場效應晶體管的直流特性 97
3.3.4 MOS場效應晶體管的交流特性 102
3.3.5 MOS場效應晶體管的種類 106
3.4 集成電路中的器件結構 108
3.4.1 電學隔離 108
3.4.2 二極管的結構 109
3.4.3 雙極型晶體管的結構 110
3.4.4 MOS場效應晶體管的結構 111
習題3 112
參考文獻 113
第4章 大規(guī)模集成電路基礎 114
4.1 CMOS反相器 114
4.1.1 直流特性 114
4.1.2 開關特性 115
4.1.3 功耗特性 116
4.1.4 CMOS反相器的版圖 118
4.1.5 基于FinFET結構的反相器 119
4.2 CMOS邏輯門 121
4.2.1 CMOS與非門和或非門 121
4.2.2 等效反相器設計 123
4.2.3 其他CMOS邏輯門 123
4.3 MOS晶體管開關邏輯 129
4.3.1 數(shù)據(jù)選擇器（MUX） 129
4.3.2 多路轉換開關 130
4.4 典型CMOS時序邏輯電路 131
4.4.1 RS鎖存器 131
4.4.2 D鎖存器和邊沿觸發(fā)器 132
4.4.3 施密特觸發(fā)器 134
4.5 存儲器 135
4.5.1 只讀存儲器（ROM） 136
4.5.2 靜態(tài)隨機存儲器（SRAM） 138
4.5.3 快閃電擦除可編程只讀存儲器 140
習題4 141
參考文獻 141
第5章 集成電路制造工藝 142
5.1 平面硅工藝的基本流程 142
5.1.1 集成電路工藝分類 142
5.1.2 CMOS集成電路工藝發(fā)展歷史 143
5.1.3 集成電路制造的工藝流程 145
5.1.4 集成電路制造的工序分類 149
5.2 硅晶圓的制備 149
5.2.1 硅晶圓制備的基本過程 150
5.2.2 多晶硅的制備 150
5.2.3 單晶硅的制備 151
5.2.4 單晶硅的后處理 152
5.3 氧化 155
5.3.1 SiO2的結構和參數(shù) 155
5.3.2 SiO2在集成電路中的應用 156
5.3.3 熱氧化前清洗 157
5.3.4 熱氧化方法 157
5.3.5 氧化薄膜的質量檢測 159
5.3.6 其他熱處理過程 160
5.4 光刻 161
5.4.1 光刻的基本要求 161
5.4.2 光刻的基本流程 162
5.4.3 刻蝕工藝 164
5.4.4 光刻膠 166
5.4.5 曝光方式 166
5.4.6 超細線條光刻技術 167
5.5 摻雜 169
5.5.1 擴散的基本原理 169
5.5.2 擴散的主要方法 170
5.5.3 離子注入技術 171
5.5.4 離子注入設備 172
5.5.5 離子注入后的退火過程 174
5.6 金屬化 174
5.6.1 金屬材料 174
5.6.2 金屬的淀積工藝 175
5.6.3 大馬士革工藝 177
5.6.4 金屬硅化物及復合柵 178
5.6.5 多層互連結構 179
5.7 集成電路封裝 179
5.7.1 減薄與劃片 179
5.7.2 IC封裝概述 180
5.7.3 一級封裝 181
5.7.4 二級封裝 182
5.7.5 先進封裝技術介紹 183
習題5 186
參考文獻 186
第6章 集成電路工藝仿真 188
6.1 TCAD軟件簡介 188
6.1.1 TCAD仿真原理 188
6.1.2 Silvaco TCAD簡介 189
6.1.3 TCAD軟件的發(fā)展方向 191
6.2 單步工藝的仿真實現(xiàn) 192
6.2.1 干法氧化工藝的仿真 192
6.2.2 離子注入工藝的仿真 195
6.3 NMOS器件工藝仿真及器件特性分析 197
6.3.1 NMOS器件工藝仿真 197
6.3.2 NMOS器件電學特性仿真 205
習題6 208
參考文獻 208