纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计 (美)Sandip Kundu等著 97870 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美Sandip Kundu等著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030400345

商品编码：29521919450

包装：平装

出版时间：2014-04-01

基本信息

书名:纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计

定价：58.00元

售价：47.6元,便宜10.4元,折扣82

作者:(美)Sandip Kundu等著

出版社：科学出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787030400345

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计》的内容包括：CMOSVLSI电路设计的技术趋势；半导体制造技术；光刻技术；工艺和器件的扰动和缺陷分析与建模；面向可制造性的物理设计技术；测量、制造缺陷和缺陷提取；缺陷影响的建模和合格率提高技术；物

目录

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章　绪论
　1.1　技术趋势：延续摩尔定律
　　1.1.1　器件的改进
　　1.1.2　材料科学的贡献
　　1.1.3　深亚波长光刻
　1.2　可制造性设计
　　1.2.1　DFM的经济价值
　　1.2.2　偏差
　　1.2.3　对基于模型的DFM方法的需求
　1.3　可靠性设计
　1.4　小结
　　参考文献
第2章　半导体制造
　2.1　概述
　2.2　图形生成工艺
　　2.2.1　光刻
　　2.2.2　刻蚀技术
　2.3　光学图形生成
　　2.3.1　照明系统
　　2.3.2　衍射
　　2.3.3　成像透镜系统
　　2.3.4　曝光系统
　　2.3.5　空间像与缩小成像
　　2.3.6　光刻胶图形生成
　　2.3.7　部分相干
　2.4　光刻建模
　　2.4.1　唯象建模
　　2.4.2　光刻胶的完全物理建模
　2.5　小结
　　参考文献
第3章　工艺和器件偏差：分析与建模
　3.1　概述
　3.2　栅极长度偏差
　　3.2.1　光刻导致的图形化偏差
　　3.2.2　线边缘粗糙度：理论与特性
　3.3　栅极宽度偏差
　3.4　原子的波动
　3.5　金属和电介质厚度偏差
　3.6　应力引起的偏差
　3.7　小结
　　参考文献
第4章　面向制造的物理设计
　4.1　概述
　4.2　光刻工艺窗口的控制
　4.3　分辨率增强技术
　　4.3.1　光学邻近效应修正
　　4.3.2　亚分辨率辅助图形
　　4.3.3　相移掩膜
　　4.3.4　离轴照明
　4.4　DFM的物理设计
　　4.4.1　几何设计规则
　　4.4.2　受限设计规则
　　4.4.3　基于模型的规则检查和适印性验证
　　4.4.4　面向可制造性的标准单元设计
　　4.4.5　减小天线效应
　　4.4.6　DFM的布局与布线
　4.5　高级光刻技术
　　4.5.1　双重图形光刻
　　4.5.2　逆向光刻
　　4.5.3　其他高级技术
　4.6　小结
　　参考文献
第5章　计量、制造缺陷以及缺陷提取
　5.1　概述
　5.2　工艺所致的缺陷
　　5.2.1　误差来源的分类
　　5.2.2　缺陷的相互作用及其电效应
　　5.2.3　粒子缺陷建模
　　5.2.4　改善关键区域的版图方法
　5.3　图形所致缺陷
　　5.3.1　图形所致缺陷类型
　　5.3.2　图形密度问题
　　5.3.3　图形化缺陷建模的统计学方法
　　5.3.4　减少图形化缺陷的版图方法
　5.4　计量方法
　　5.4.1　测量的精度和容限
　　5.4.2　CD计量
　　5.4.3　覆盖计量
　　5.4.4　其他在线测量
　　5.4.5　原位计量
　5.5　失效分析技术
　　5.5.1　无损测试技术
　　5.5.2　有损测试技术
　5.6　小结
　　参考文献
第6章　缺陷影响的建模以及成品率提高技术
　6.1　概述
　6.2　缺陷对电路行为影响的建模
　　6.2.1　缺陷和故障的关系
　　6.2.2　缺陷-故障模型的作用
　　6.2.3　测试流程
　6.3　成品率提高
　　6.3.1　容错技术
　　6.3.2　避错技术
　6.4　小结
　　参考文献
第7章　物理设计和可靠性
　7.1　概述
　7.2　电迁移
　7.3　热载流子效应
　　7.3.1　热载流子注入机制
　　7.3.2　器件损坏特性
　　7.3.3　经时介电击穿
　　7.3.4　缓解HCI引起的退化
　7.4　负偏压温度不稳定性
　　7.4.1　反应-扩散模型
　　7.4.2　静态和动态NBTI
　　7.4.3　设计技术
　7.5　静电放电
　7.6　软错误
　　7.6.1　软错误的类型
　　7.6.2　软错误率
　　7.6.3　面向可靠性的SER缓解与修正
　7.7　可靠性筛选与测试
　7.8　小结
　　参考文献
第8章　可制造性设计：工具和方法学
　8.1　概述
　8.2　IC设计流程中的DFx
　　8.2.1　标准单元设计
　　8.2.2　库特征化
　　8.2.3　布局、布线与虚拟填充
　　8.2.4　验证、掩膜综合与检测
　　8.2.5　工艺和器件仿真
　8.3　电气DFM
　8.4　统计设计与投资回报率
　8.5　优化工具的DFM
　8.6　面向DFM的可靠性分析
　8.7　未来技术节点的DFx
　8.8　结束语
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《精工细作：集成电路制造中的关键技术与挑战》 在当今数字时代，集成电路（IC）如同微观世界的精密艺术品，是支撑起我们日常电子设备运行的基石。从智能手机到高性能计算，从医疗设备到航空航天，无处不见IC的身影。然而，将设计的蓝图转化为真实的、能够稳定可靠工作的集成电路，并非易事，其中蕴含着无数的科学智慧、工程技巧和对物理规律的深刻理解。本书《精工细作：集成电路制造中的关键技术与挑战》便致力于揭示这一复杂而迷人的过程，带领读者深入探索集成电路制造领域的核心技术，剖析其面临的严峻挑战，并展望未来的发展方向。 集成电路制造是一个多学科交叉、工艺流程极其复杂的系统工程。它不仅需要电子工程、材料科学、物理学等基础学科的扎实支撑，更需要微纳加工、化学、机械等工程技术的精湛运用。本书将从集成电路设计的源头出发，逐步深入到制造的各个关键环节，力求为读者构建一个全面而深刻的理解框架。 第一章：设计的源泉——逻辑到物理的转换 任何集成电路的诞生，都始于逻辑设计的层面。设计师们用高度抽象的语言描述着芯片的功能和行为。然而，将这些逻辑门和寄存器的抽象概念转化为物理世界中能够实现的晶体管和互连线，是实现电路功能的第一步。本章将探讨如何从逻辑网表出发，通过布局（Placement）和布线（Routing）等关键步骤，将逻辑电路有效地映射到硅片之上。我们将深入理解布局的艺术，如何以最小的面积、最短的线长、最少的交叉点来安排数以亿计的晶体管；以及布线的挑战，如何在有限的空间内，用多层金属互连线连接所有的器件，同时规避信号干扰和时序问题。这一过程的优化程度，直接关系到最终芯片的性能、功耗和成本，因此，对于设计工具和算法的理解至关重要。 第二章：硅基的舞者——半导体材料与器件物理 集成电路的核心载体是半导体材料，其中硅（Si）占据着主导地位。本章将追溯硅材料的特性，深入探讨其作为半导体材料的优越性，以及从高纯度硅晶圆到最终器件的生长过程。我们还将聚焦于构成集成电路基本单元的晶体管——MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。读者将了解MOSFET的工作原理，包括其沟道形成、载流子传输、阈值电压等关键物理概念。随着技术节点的不断缩小，传统平面MOSFET面临着短沟道效应等诸多挑战，因此，本章还将介绍 FinFET（鳍式场效应晶体管）和 Gate-All-Around (GAA) FET 等先进的晶体管结构，解析它们如何克服物理极限，实现更优异的电学性能。 第三章：微观雕刻——光刻与蚀刻技术的奥秘 将设计好的电路图形转移到硅片上，是集成电路制造中最具技术含量的环节之一。本章将详细阐述光刻（Photolithography）技术，这一过程如同在硅片上“印刷”电路。我们将从光刻机的原理讲起，包括光源（如深紫外光DUV、极紫外光EUV）、掩模版（Mask）、光学系统以及光刻胶（Photoresist）的化学性质。读者将了解到如何通过曝光和显影，将掩模版上的图案精确地转移到光刻胶层上。 紧随光刻之后，便是蚀刻（Etching）技术。蚀刻的作用是根据光刻胶的图案，选择性地去除硅片或薄膜层上的材料，从而形成所需的器件结构和互连线。本章将区分干法蚀刻（Dry Etching）和湿法蚀刻（Wet Etching），重点介绍等离子体蚀刻（Plasma Etching）在现代IC制造中的核心地位。我们将探讨等离子体的产生、刻蚀反应机理、刻蚀速率、选择性以及各向异性等关键参数，以及如何通过精确控制这些参数，实现纳米级的图形转移和高精度的结构制造。 第四章：层层堆叠——薄膜沉积与化学机械抛光 集成电路的制造并非一次性完成，而是通过一层层地堆叠和加工不同的材料来实现。本章将聚焦于关键的薄膜沉积（Thin Film Deposition）技术。我们将介绍各种重要的沉积方法，例如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及原子层沉积（ALD）。读者将了解不同沉积技术在材料种类（如二氧化硅、氮化硅、多晶硅、金属等）、膜厚控制、均匀性、致密性等方面的优势和适用场景。 在多层结构的加工过程中，精确的平面化至关重要，以确保后续工艺的精度。化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技术便是实现这一目标的关键。本章将深入解析CMP的原理，它结合了化学腐蚀和机械研磨的作用，能够去除多余的材料，使表面达到纳米级的平整度。我们将探讨CMP在集成电路制造中的应用，如金属层互连的平坦化、浅沟道隔离（STI）的填充等，并讨论其对器件性能和良率的影响。 第五章：互联的艺术——金属互连与电迁移 集成电路的性能，在很大程度上取决于其内部的互连系统。大量的晶体管需要通过精密的金属导线进行连接，以实现信息的快速传输。本章将详细介绍金属互连技术的演进。从早期的铝互连，到如今广泛应用的铜互连，以及未来可能出现的纳米线和碳纳米管互连。我们将重点关注铜互连的阻挡层（Barrier Layer）和扩散阻挡（Diffusion Barrier）的重要性，以及其化学机械抛光工艺（Dual Damascene Process）的细节。 然而，当电流通过这些微细的金属导线时，会产生电迁移（Electromigration）现象。电迁移是导致集成电路失效的重要原因之一。本章将深入探讨电迁移的物理机制，即电子动量向晶格原子的传递，导致原子迁移和空洞形成。我们将分析影响电迁移的因素，如电流密度、温度、金属材料的晶粒结构等，并介绍设计和制造上的策略，以提高互连线的可靠性，延长芯片的使用寿命。 第六章：严苛的考验——集成电路的测试与封装 完成芯片的制造过程后，并不意味着集成电路就可以直接投入使用。在进入封装阶段之前，必须经过严格的测试，以确保每一个芯片都符合设计规范。本章将阐述片上测试（On-Chip Testing）的重要性，包括设计可测试性（Design for Testability, DFT）技术，如扫描链（Scan Chain）、内建自测试（Built-In Self-Test, BIST）等。读者将了解如何通过这些技术，高效地检测出芯片中的制造缺陷，提高测试覆盖率。 芯片的测试完成后，便进入封装阶段。封装不仅是保护芯片免受物理损伤和环境影响，更是将芯片与外部电路连接的桥梁。本章将介绍各种常见的封装技术，如引线键合（Wire Bonding）、倒装芯片（Flip-Chip）以及先进的3D封装技术。我们将探讨封装材料的选择，封装结构的设计，以及它们对芯片性能、散热和可靠性的影响。 第七章：未来的前沿——超越摩尔定律的挑战与机遇 集成电路制造的发展，正以前所未有的速度推进着摩尔定律（Moore's Law）的演进。然而，随着技术节点的不断缩小，物理极限越来越近，传统的光刻和材料制备技术正面临着巨大的挑战。本章将聚焦于集成电路制造的未来前沿。我们将探讨超越传统CMOS器件的可能，如新型半导体材料（如III-V族化合物、二维材料）、量子计算相关的器件以及仿生学原理在集成电路设计中的应用。 同时，本章也将关注先进的制造技术，例如 EUV 光刻技术的进一步发展及其带来的机遇，以及如何利用 AI 和机器学习优化制造工艺，提高良率和效率。此外，3D 集成电路、Chiplet（芯粒）等技术的发展，为突破传统集成电路的性能瓶颈提供了新的思路。本书的最后，我们将展望集成电路制造在人工智能、物联网、5G通信等新兴领域的关键作用，以及其在推动社会进步和科技创新中的无限潜力。 《精工细作：集成电路制造中的关键技术与挑战》旨在为电子工程、微电子学、材料科学等领域的学生、研究人员以及行业从业者提供一个深入了解集成电路制造过程的窗口。通过对基础原理的阐释、关键技术的剖析和未来趋势的展望，本书期望能激发读者对这一精密工程领域的兴趣，并为相关技术的进一步发展贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

读完此书，我最大的感受是它彻底颠覆了我过去对“设计”与“制造”之间关系的传统认知。以往的许多资料往往将这两者视为前后相继的两个独立阶段，而本书的核心思想——“可制造性设计”（DFM）——则强调了一种前瞻性的、嵌入式的设计哲学。它不是在设计完成后再进行可制造性检查，而是在设计周期的最前端，就将工艺的限制、变异性（Variability）和良率目标内化为设计规则的一部分。书中关于工艺变异性建模的部分尤其精彩，它没有采用过于简化的统计方法，而是深入探讨了随机过程在光刻、刻蚀等关键步骤中如何影响器件参数，并提出了相应的鲁棒性设计策略。这种对微观随机物理现象与宏观电路性能之间复杂耦合关系的把握，是本书区别于其他同类书籍的关键所在。它迫使读者从一个“器件物理学家”和“良率工程师”的双重角度来审视每一个电路决策，这对于推动下一代超大规模集成电路的持续发展至关重要。整本书的论述逻辑严密，层层递进，将复杂的工程问题解析得清晰有力，展现了作者深厚的学术功底和丰富的实践经验。

评分☆☆☆☆☆

这部新近拜读的著作，着实让人眼前一亮，它在传统半导体器件物理的坚实基础上，以一种近乎苛刻的审慎态度，探讨了未来集成电路工艺的极限挑战。我尤其欣赏作者在阐述纳米尺度效应时所展现出的那种深邃的洞察力，那种对材料特性在极小尺度下如何偏离宏观规律的精妙描摹。书中对新颖晶体管结构如FinFET乃至Gate-All-Around（GAA）器件的物理机制和设计考量的分析，细致入微，远超一般教科书的范畴。它不仅仅是停留在公式推导层面，更深入到了良率控制和工艺窗口优化的实际工程困境中。例如，书中对静电完整性和短沟道效应的深度剖析，结合了量子隧穿效应和载流子输运的复杂性，提供了一种跨越经典半导体理论的全新视角。对于那些真正致力于前沿IC设计和工艺集成的工程师和研究生而言，这本书无疑是一份极具价值的参考资料，它催人深思，促使我们在设计之初就必须将制造的“可行性”作为核心约束，而非仅仅是性能的追求。它成功地搭建了一座连接理论模型与实际晶圆厂环境的桥梁，其深度和广度都令人印象深刻，是近年来该领域少有的力作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格与我之前接触的某些偏向于“快速迭代”和“商业应用”的教材截然不同，它散发着一种扎实的学术气息和对基础科学的敬畏。它没有过多纠缠于最新的商业IP核或者特定EDA工具的使用技巧，而是将注意力聚焦于那些跨越代际、具有长期指导意义的物理和数学原理。例如，在探讨互连线延迟模型时，它不仅仅满足于RC延迟的简化模型，而是追溯到电磁波在纳米尺度金属线中的传播特性，以及介电常数变化对串扰的影响。这种对底层物理的探究，使得书中的结论具有极强的生命力，即便未来十年工艺节点发生变化，其背后的原理依然适用。更难能可贵的是，作者在处理一些前沿概念时，如新型存储器或2.5D/3D封装的集成挑战时，处理得极为审慎，避免了空泛的预测，而是基于现有的材料科学和热力学限制进行严谨的推导。这使得本书更像是一部关于“如何思考集成电路极限”的指南，而非仅仅是“如何实现当前技术”的说明书，非常适合希望打下坚实基础的学术研究者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的整体结构安排非常巧妙，它遵循了一条从宏观到微观，再从物理到统计，最终回到系统级实现的清晰路径。不同于许多技术书籍往往在开篇就陷入繁复的数学推导，本书首先建立了对当前CMOS技术瓶颈的清晰认知，这种“问题导向”的叙事方法极大地提高了读者的代入感。比如，它在探讨亚阈值区电流泄漏控制时，不仅分析了DIBL（Drain-Induced Barrier Lowering）效应，还联系到了功耗墙的现实挑战。随后，作者才逐步引入必要的物理模型来解释这些现象。对于那些试图从传统的数字电路设计转向更深层次的晶体管和工艺交互层面的人来说，这本书提供了一个绝佳的过渡平台。它要求的不仅仅是理解，更是要培养一种“工艺敏感性”的设计直觉。整本书的厚重感和知识的密度，预示着它不会是一本可以快速翻阅的书籍，它要求读者投入足够的时间去消化和反思，但最终的回报绝对是丰厚的，它为我们理解未来十年的半导体技术发展提供了坚实的方法论基础。

评分☆☆☆☆☆

对于我个人而言，阅读体验中最具启发性的一环，是关于设计规则的“自洽性”讨论。通常我们遵循的是一套固定的设计规则手册（DRM），但本书提出了一种动态的、反馈式的规则生成机制。它通过精细的仿真模型，展示了当某个设计参数（比如线宽）发生微小变化时，对整个芯片功耗和可靠性的连锁反应。书中的图表和案例分析极富冲击力，它们直观地揭示了在小于10纳米节点上，设计决策的“蝴蝶效应”。我特别记下了关于应力工程和金属迁移风险评估的部分，作者提供了一种量化方法，将这些通常被视为可靠性部门工作的范畴，融入到了前端设计流程中。这种高度集成化的设计思维，是当前行业追求更高集成度和更低功耗密度背景下亟需的。它的语言严谨但又不失流畅，阅读过程仿佛是与一位经验丰富的资深专家进行深入的思维碰撞，总能在不经意间被新的观点点亮。