超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺 (日)电子信息通信学会 组编,岩田 穆,角南英 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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日电子信息通信学会 组编，岩田 穆，角南英 著

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• 超大规模集成电路
• 集成电路设计
• VLSI
• 半导体制造
• 工艺
• 电子工程
• 微电子学
• 日文教材
• 电子信息通信学会
• 岩田穆

店铺： 天乐图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030202789

商品编码：29512090860

包装：平装

出版时间：2008-01-01

基本信息

书名：超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺

定价：42.00元

作者：(日)电子信息通信学会 组编,岩田 穆,角南英

出版社：科学出版社

出版日期：2008-01-01

ISBN：9787030202789

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.422kg

编辑推荐

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内容提要

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本书共分为上下两篇，上篇为基础设计篇，主要介绍VLSI的特征及作用、VLSI的设计、逻辑电路、逻辑VLSI、半导体存储器、模拟VLSI、VLSI的设计法与构成法、VLSI的实验等；下篇为制造工艺篇，主要介绍集成工艺、平板印刷、刻蚀、氧化、不纯物导入、绝缘膜堆积、电极与配线等。
本书内容丰富，条理清晰，实用性强，既可供超大规模集成电路研发和设计人员及半导体生产单位管理人员使用，也可作为各院校集成电路相关专业的本科生、研究生及教师的参考书。

目录

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上篇　基础与设计
　章　VLSl的特征及任务
1.1　VLSl的概念与基本技术
　1.1.1　VLSl的基本技术与发明
　1.1.2 学科体系
1.2　VLSl的种类
　1.2.1　按功能分类
　1.2.2　按器件分类
1.3　半导体技术路线图
1.4　对系统的影响
　1.4.1 计算机系统
　　　1.4.2 通信网络系统
　1.4.3 数字家电系统
　第2章　VLSl的器件
2.1　VLSl的构成要素
2.2　MOS晶体管
　2.2.1　MOS的基本构造
　 2.2.2 MOS的工作原理与工作区域
　 2.2.3 MOS的电流电压特性
　 2.2.4　MOS的器件模型
　 2.2.5　MOS的等效电路模型
2.3　二极管
2.4　电阻
2.5 电容
2.6　电感
2.7　器件隔离
2.8　布线
　 2.8.1 多层布线
　 2.8.2 布线电容
2.9　VLSl技术的比例缩小法则
　第3章　逻辑电路
3.1　CMOS逻辑电路
　 3.1.1 倒相器
　 3.1.2　NAND门
　 3.1.3　NOR门
　 3.1.4　传输门
　 3.1.5　选择器
　 3.1.6 异或门
　 3.1.7　CMOS复合门
　 3.1.8　时钟CMOS逻辑电路
　 3.1.9 动态CMOS逻辑电路
　 3.1.10 电流型逻辑电路
3.2　CMOS逻辑电路的工作速度
　 3.2.1 门延迟时间
　 3.2.2 布线的延迟时间
3.3　CMOS逻辑电路的功率消耗
　 3.3.1　CMOS逻辑电路消耗功率的因素
　 3.3.2　CMOS-VLSl的功率消耗
3.4　控制电路
　 3.4.1 寄存器
　 3.4.2 同步系统
　 3.4.3　计数器
　第4章　逻辑VLSl
4.1　数字运算电路
　4.1.1　加法运算
　4.1.2　减法电路
　4.1.3　乘法运算
4.2　时钟的发生与分配
　　……
　第5章　半导体存储器
　第6章　模拟VLSI
　第7章　无线通信电路
　第8章　VLSI的设计方法及构成方法
　第9章　VLSI的测试
下篇　制造工艺
　0章　LSI的制造工艺及其课题
　1章　集成化工艺
　2章　平版印刷术
　3章　腐蚀
　4章　氧化
　5章　掺杂
　6章　淀积绝缘膜
　7章　电极和布线
　8章　后工序——封装
引用参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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电子世界的基石：探索超大规模集成电路的奥秘 在信息爆炸、科技飞速发展的今天，我们所享受的便捷生活，从智能手机、高速网络到尖端医疗设备，无不依赖于一个核心的电子技术——集成电路。而集成电路发展的最高峰，便是超大规模集成电路（VLSI）。它如同数字世界的精密心脏，驱动着万物互联的庞大体系。本书将带领读者深入探索VLSI的奇妙世界，揭示其背后隐藏的深邃原理与精湛工艺，理解这个微小却能量巨大的电子元件是如何改变世界的。 一、 VLSI：微缩的宇宙，无限的可能 集成电路（IC）是将数量众多、功能各异的电子元件（如晶体管、电阻、电容等）及其相互连接，集成在一块半导体衬底上，并封装在一个整体中，实现特定电子功能的微电子器件。而超大规模集成电路，顾名思义，指的是在同一块芯片上集成了成千上万甚至上亿个晶体管的集成电路。这个“超大规模”的背后，是人类智慧在微观世界中创造的奇迹。 想象一下，一块指甲盖大小的芯片，却可能承载着比整个星球上所有人类的思维活动还要复杂的信息处理能力。这就是VLSI的魅力所在。它将传统的电子线路设计从分立元器件的焊接，转变为在硅晶片上“印刷”出精密的电路网格，实现了前所未有的集成密度、性能提升和功耗降低。VLSI技术的飞跃，直接催生了个人电脑、智能手机、互联网、人工智能等一系列划时代的科技革命，深刻地改变了人类的生产生活方式，甚至重塑了全球经济格局。 二、 基础设计：智慧的蓝图，逻辑的殿堂 VLSI的设计过程，是一个高度复杂且严谨的系统工程。它不仅仅是简单的电路连接，更是一门融合了数学、物理、计算机科学、材料科学等多个学科的交叉艺术。设计过程大致可以分为以下几个关键阶段： 系统级设计 (System-Level Design)：这是VLSI设计的起点，也是最高层次的设计。在这个阶段，工程师需要根据产品的整体需求，定义系统的功能、性能指标、功耗限制等。这涉及到将一个复杂的电子系统分解为多个可管理的子系统，并明确各个子系统之间的接口和通信协议。就好比建筑师在设计一座宏伟的城市之前，需要规划好各个区域的功能、交通网络和整体布局。 寄存器传输级设计 (Register Transfer Level, RTL)：在系统级设计完成后，工程师会将各子系统转化为硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL。RTL设计关注的是数据在寄存器之间的流动以及它们如何被组合逻辑电路处理。它描述了电路在不同时钟周期下的行为，将抽象的功能概念转化为可以被综合工具理解的数字逻辑。这个阶段的描述，已经具备了初步的电路结构，但仍然是相对抽象的，强调的是数据流和状态机的变化。 逻辑综合 (Logic Synthesis)：RTL描述经过逻辑综合工具的处理，将其转化为由基本逻辑门（如AND、OR、NOT、NAND、NOR等）组成的网表。这个过程相当于将高层级的描述“翻译”成可以直接在芯片上实现的逻辑门电路。综合工具会根据预设的时序、面积和功耗约束，优化生成的逻辑门电路，使其达到最佳的性能。 布局布线 (Place and Route)：在逻辑综合生成网表之后，VLSI设计的下一个关键步骤是布局布线。这一阶段是将逻辑门和触发器这些抽象的逻辑单元，在芯片的物理区域上进行实际的放置，并根据网表的要求，将它们连接起来，形成实际的电路。 布局 (Placement)：将网表中描述的每一个逻辑单元（如门电路、触发器）在芯片的硅片上分配一个物理位置。工程师需要考虑单元之间的距离，以最小化信号传输延迟，并考虑电源和地线的连接，确保芯片的稳定运行。 布线 (Routing)：在布局完成后，就需要连接这些已经放置好的单元。布线过程就是根据网表的要求，为每一个连接生成物理上的走线路径。在VLSI芯片上，走线是在不同的金属层上进行的，需要精心规划，以避免信号之间的干扰（串扰）、信号延迟以及走线拥塞。这一步骤的复杂性在于，随着集成度的提高，芯片上的连接数量呈指数级增长，如何在有限的空间内实现数亿甚至数万亿个连接，同时满足性能要求，是极具挑战性的。 物理验证 (Physical Verification)：在完成布局布线之后，还需要进行一系列的物理验证，以确保设计符合制造规则和芯片的功能。这包括： 设计规则检查 (Design Rule Checking, DRC)：检查布局布线结果是否符合芯片制造工艺所要求的各项物理规则，例如导线最小宽度、导线间距、过孔大小和间距等。不符合DRC的设计将无法被制造。 寄生参数提取 (Parasitic Extraction)：提取芯片上实际走线和器件的寄生电容、电感和电阻，这些寄生效应会对电路的性能产生重要影响。 逻辑等效性检查 (Layout Versus Schematic, LVS)：将物理版图提取出的电路网表与最初的设计网表进行比对，确保物理实现与逻辑设计完全一致，防止出现逻辑错误。 VLSI设计是一个迭代的过程，在完成一个阶段后，往往需要回到前一个阶段进行优化和修改，以达到最佳的设计目标。例如，在布局布线过程中发现时序问题，可能就需要重新进行逻辑综合，甚至回到RTL设计阶段进行优化。 三、 制造工艺：微观的炼金术，精密的艺术 VLSI的设计蓝图最终需要转化为物理芯片，这离不开精密的制造工艺。芯片的制造过程是一个复杂且高成本的工业流程，需要极其洁净的环境和高度自动化的设备。其核心是将设计好的电路图形，通过一系列物理和化学反应，逐层“印刷”到硅晶片上。 晶圆制造 (Wafer Fabrication)：VLSI制造的基底是高纯度的硅晶圆。首先，从单晶硅棒生长出大尺寸的单晶硅柱，然后将其切割成薄而圆的硅片，即晶圆。晶圆的表面需要经过高度抛光，达到原子级别的平整度。 光刻 (Photolithography)：光刻是芯片制造中最关键的步骤之一，它类似于照相，将电路设计中的图案转移到硅片上。 1. 涂覆光刻胶 (Photoresist Coating)：在晶圆表面均匀涂覆一层对光敏感的光刻胶。 2. 掩模对准 (Mask Alignment)：将包含特定电路图案的掩模版（photomask）精确地对准晶圆。 3. 曝光 (Exposure)：通过紫外光照射掩模版，将掩模版上的图案投影到晶圆上的光刻胶。光线穿过掩模版透明区域的光刻胶会发生化学变化。 4. 显影 (Development)：用显影剂去除曝光或未曝光的光刻胶（取决于光刻胶的类型），从而在晶圆上形成与掩模版图案相对应的光刻胶图形。 刻蚀 (Etching)：在光刻胶图形的保护下，通过化学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层、金属层或半导体材料，从而在硅片上形成凹槽或图案。 离子注入 (Ion Implantation)：为了改变半导体材料的导电特性，需要将特定的杂质原子（如磷、砷、硼）注入到硅的特定区域。这个过程需要极高的能量和精确的剂量控制，以形成P型或N型半导体区域。 薄膜沉积 (Thin Film Deposition)：通过化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等方法，在晶圆表面形成不同功能的薄膜，如绝缘层（氧化硅、氮化硅）、导电层（多晶硅、金属）等。 化学机械抛光 (Chemical Mechanical Polishing, CMP)：在多次沉积和刻蚀之后，晶圆表面会变得不平整，CMP技术通过化学腐蚀和机械研磨相结合的方式，使晶圆表面恢复平坦，为后续的光刻和沉积提供光滑的表面。 金属互连 (Metallization)：在芯片的各个功能层之间，需要通过金属导线进行连接。通常采用铜或铝等金属，通过溅射或电镀的方式沉积，然后通过光刻和刻蚀形成互连线。现代VLSI芯片的互连层可达十几层甚至更多，形成复杂的立体网络。 封装 (Packaging)：当芯片上的电路制造完成后，还需要进行封装。封装的作用是将制造好的芯片与外部电路连接，并提供保护。这个过程包括将独立的芯片切割下来，连接到引脚，然后封装到塑封或陶瓷外壳中。 四、 挑战与未来 VLSI技术的发展并非一帆风顺，它始终面临着严峻的挑战。 摩尔定律的极限：随着晶体管尺寸不断缩小，物理极限也越来越近。量子效应、功耗限制、散热问题等都成为制约技术进步的瓶颈。 设计复杂性：芯片的设计规模和复杂度日益增长，设计周期和成本不断攀升，对EDA（电子设计自动化）工具的要求也越来越高。 制造工艺的瓶颈：制造工艺的精度要求极高，每一步都需要严谨的控制，稍有偏差就会导致产品报废。 尽管面临挑战，VLSI技术仍在不断突破。新材料（如二维材料）、新器件结构（如3D堆叠）、新架构（如存内计算）以及先进的封装技术（如Chiplet）正在为VLSI的未来开辟新的道路。人工智能的加入，也正以前所未有的方式加速VLSI的设计和制造过程。 结语 VLSI技术是现代电子信息产业的基石，它承载着人类对信息处理能力不断提升的渴望。从最初简单的逻辑门，到如今集成亿万晶体管的复杂芯片，VLSI的发展史就是一部不断挑战极限、追求微缩和优化的历史。理解VLSI的基础设计原理和制造工艺，不仅能让我们窥见现代科技的强大力量，更能激发我们对未来电子世界无限可能的想象。本书旨在为读者提供一个清晰的视角，去认识和理解这个塑造我们现代世界的微小而伟大的电子心脏。

评分☆☆☆☆☆

老实说，拿到《超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺》这本书的时候，我并没有抱太高的期望。我一直觉得集成电路这个领域离我的专业比较远，可能会有很多晦涩难懂的概念。但是，这本书彻底改变了我的看法。它以一种非常循序渐进的方式，从最基础的概念讲起，逐步深入到复杂的集成电路设计和制造工艺。书中对各种术语的解释都非常清晰，而且配有大量的插图，即使是初学者也能很快理解。我印象最深刻的是书中关于版图设计的部分，它不仅介绍了基本的布局布线规则，还详细讲解了如何优化版图以提高性能、降低功耗和减小面积。这对于我这样对版图设计完全不了解的人来说，简直是打开了一扇新世界的大门。另外，书中对制造工艺的介绍也同样精彩，它让我了解到了集成电路是如何从一块硅片一步步变成我们日常生活中随处可见的芯片的。整个过程充满了精密的科学原理和令人惊叹的技术。这本书让我对集成电路这个行业产生了浓厚的兴趣，也为我未来的职业发展提供了新的方向。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始我选择这本书纯粹是因为它的标题。《超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺》听起来就是那种能够全面覆盖主题的权威著作，而事实也证明了我的直觉。这本书的内容密度非常高，每一页都充满了信息量。我特别欣赏它在设计部分的处理方式，它不仅仅罗列了各种设计方法，而是深入剖析了不同设计方法的适用场景、优缺点，以及在实际应用中需要注意的关键点。例如，在讲解版图设计时，书中不仅介绍了基本的规则，还深入讨论了设计规则检查（DRC）和版图后仿真（Post-Layout Simulation）的重要性，以及如何通过这些手段来保证设计的正确性和性能。在制造工艺方面，这本书也非常出色，它并没有停留在理论层面，而是详细介绍了各种制造工艺的物理原理和化学过程，以及它们对器件性能和可靠性的影响。我尤其对书中关于先进互连技术和三维集成工艺的介绍印象深刻，这些都是当前IC制造领域的尖端技术，能在这本书中找到如此详尽的介绍，实在令人欣慰。这本书的语言风格严谨而不失可读性，虽然技术性很强，但作者们努力让读者能够理解其中复杂的概念，这一点做得非常到位。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感受非常独特，它不像某些教材那样枯燥乏味，而是充满了探索的乐趣。在阅读《超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺》的过程中，我感觉自己像是在进行一场知识的“探险”。书中不仅仅是罗列知识点，更重要的是它在引导读者去思考“为什么”。为什么需要特定的制造工艺？为什么设计中会出现这些挑战？这种深入的追问方式，让我对集成电路的理解不再停留在表面，而是能够触及到更深层次的原理。我特别喜欢书中在介绍一些重要概念时，会引用历史上的经典案例或者最新的研究进展，这让学习过程变得更加生动有趣。比如，在讲到CMOS器件的阈值电压时，书中会回顾MOSFET的发现历史，以及它如何逐渐成为现代集成电路的核心。这种“温故而知新”的学习方式，极大地增强了我对知识的记忆和理解。此外，书中对各种设计工具和仿真方法的介绍也十分实用，对于正在进行实际项目的设计者来说，这些信息无疑是非常宝贵的。总而言之，这本书不仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，引导我一步步走进集成电路的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感受，更像是在体验一场“化学反应”。《超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺》这本书，就像是一个催化剂，瞬间点燃了我对集成电路制造工艺的浓厚兴趣。书中对各种纳米级的加工过程的描述，简直就是一门关于“魔法”的科学。从硅的提纯，到晶圆的生长，再到光刻、刻蚀、掺杂、沉积等一系列复杂而又精密的步骤，书中的描述都极为细致入微，仿佛读者身临其境，能够亲眼目睹芯片是如何在分子层面被“雕刻”出来的。我尤其对书中关于光刻技术中各种先进技术的介绍，比如EUV（极紫外光刻）的应用，让我对现代半导体制造的极限有了更深的认识。它不仅仅是冰冷的理论，书中还穿插了许多实际案例和技术挑战，让我看到这些技术是如何在现实中克服重重困难，不断突破极限的。这本书的优点在于，它成功地将抽象的科学原理与具体的工程实践紧密结合起来，让读者在理解科学本质的同时，也能感受到工程的魅力。对于我这样对材料科学和物理化学有着浓厚兴趣的人来说，这本书无疑是打开了另一个令人兴奋的研究领域。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是我最近几年读过的最让人激动的一本！作为一名初入集成电路设计领域的研究生，我一直渴望找到一本既能深入讲解基础概念，又能触及前沿工艺的书籍。《超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺》完全超出了我的预期。它不仅系统地梳理了CMOS的基本原理，还对各种工艺技术，比如光刻、刻蚀、薄膜沉积等，进行了详尽的阐述。我特别喜欢书中对每一个工艺步骤的细节描绘，从材料的选择到设备的参数设定，都描述得绘声绘色，仿佛我真的置身于一个现代化的晶圆厂之中。作者团队的深厚功底在这本书中得到了淋漓尽致的体现，他们成功地将如此复杂的技术转化为易于理解的语言，并且配以大量高质量的图示和流程图，这对于我这样需要从零开始构建知识体系的学习者来说，简直是及时雨。更让我惊喜的是，书中还讨论了许多现代IC设计中面临的挑战，例如功耗、信号完整性以及可靠性问题，并给出了相应的解决方案和设计策略。读完这本书，我对超大规模集成电路的整体框架有了更清晰的认识，也更加坚定了继续深入研究的决心。它为我的学术生涯打下了坚实的基础，也让我对未来充满信心。