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文檔簡介
1.集成電路的發(fā)展遵循了什么定律?簡述集成電路設(shè)計流程。說明版圖設(shè)計在整個集成電路設(shè)計中所起的作用。答:摩爾定律:集成電路的集成度,即芯片上晶體管的數(shù)目,每隔18個月增加一倍或者每3年翻兩番。版圖設(shè)計的作用1、滿足電路功能性能指標(biāo)質(zhì)量要求2、盡可能節(jié)省面積以提高集成度,降低成本3、盡可能縮短連線,以減少復(fù)雜度,縮短時間,改善可靠性;2、(1)集成電路設(shè)計方法的種類主要有哪些?(2)名詞解釋:ASIC、SOC、DSP、HDL等常見縮寫 答:(1)全制定設(shè)計方法,半制定設(shè)計方法,標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計方法,通用單元設(shè)計方法,可編程邏輯電路設(shè)計方法。(2)ASIC(Application Specific Intergrated Circuits)專用集成電路:指特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計、制造的集成電路 SOC(System On Chip)系統(tǒng)及芯片、片上系統(tǒng):指它是一個產(chǎn)品、是一個有專用目標(biāo)的集成電路,其中包括完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部內(nèi)容 DSP(Digital Signal Processing)數(shù)字信號處理:是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科 HDL(Hardware Description Language)硬件描述語言:指對硬件電路進(jìn)行行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)化描述的一種新興語言3、(1)描述多晶硅在CMOS工藝中所起的基本作用。 (2)假定某材料的方塊電阻值為10 ,電阻的長度為30 m,寬度為10 m,該電阻阻值為多少?如果其他條件不變,長度變?yōu)?5 m,則該電阻的阻值又是多少? 答:(1)多晶硅有著與單晶硅相似的特性,并且其特性可隨結(jié)晶度與雜質(zhì)原子的改變而改變。在MOS及雙極型器件中,多晶硅可用來制作柵極、源極與漏極的歐姆接觸、基本連線、薄PN結(jié)的擴(kuò)散源、高值電阻等。(2)R=Rs*L/W(Rs為方塊電阻,L為長度,W為寬度)4、 SOI材料是怎樣形成的,有何特點?肖特基接觸和歐姆型接觸各有什么特點?答:SOI絕緣體上硅,可以通過氧隔離或者晶片粘結(jié)技術(shù)完成。特點:電極與襯底之間寄生電容大大減少,器件速度更快,功率更低肖特基接觸特點:阻擋層具有類似PN結(jié)的伏安特性。歐姆型接觸特點:載流子可以容易地利用量子遂穿效應(yīng)相應(yīng)自由傳輸。5、 討論半導(dǎo)體工藝中摻雜的作用,舉出兩種摻雜方法,并比較其優(yōu)缺點。答:摻雜的目的是改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型,形成N型或P型層,以形成雙極型晶體管及各種二極管的PN結(jié),或改變材料的電導(dǎo)率。兩種摻雜方法:熱擴(kuò)散摻雜和離子注入法。與熱擴(kuò)散相比,離子注入法的優(yōu)點如下:1.摻雜的過程可通過調(diào)整雜質(zhì)劑量與能量來精確控制雜質(zhì)分布。2.可進(jìn)行小劑量的摻雜。3.可進(jìn)行極小深度的摻雜。 4.較低的工業(yè)溫度,故光刻膠可用作掩膜。5.可供摻雜的離子種類較多,離子注入法也可用于制作隔離島。缺點:價格昂貴,大劑量注入時,半導(dǎo)體晶格會遭到嚴(yán)重破壞且難以恢復(fù)6、 寫出晶體外延的意義,列出三種外延生長方法,并說明各自的優(yōu)缺點。給出光刻的作用,光刻有哪兩種曝光方式。外延意義:用同質(zhì)材料形成具有不同摻雜種類及濃度而具有不同性能的晶體層。 外延方法:液態(tài)生長,氣相外延生長,金屬有機(jī)物氣相外延生長(1)液態(tài)生長:最簡單最廉價的外延生長方法,但其外延層的質(zhì)量不高(2)氣相外延生長:技術(shù)成熟,能很好地控制薄膜厚度、雜質(zhì)濃度和晶體完整性,但對外延層摻雜情況的控制比較難。(3)金屬有機(jī)物氣相外延生長:MOVPE與其它VPE不同之處在于它是一種冷壁工藝,只要將襯底控制到一定溫度就行了。光刻作用:把掩膜上的圖形轉(zhuǎn)換成晶圓上的器件結(jié)構(gòu)。 曝光方式有接觸與非接觸兩種。7、 簡述雙阱CMOS工藝的基本工藝流程。答:(1)襯底準(zhǔn)備:襯底氧化,生長Si3N4. (2)光刻P阱,形成阱版:在P阱區(qū)腐蝕Si3N4.,P阱注入。(3)去光刻膠,P阱擴(kuò)散并生長SiO2。(4)腐蝕Si3N4,N阱注入并擴(kuò)散。(5)有源區(qū)襯底氧化:生長Si3N4,有源區(qū)光刻和腐蝕,形成有源區(qū)版。(6)N管場注入光刻(7)場區(qū)氧化:有源區(qū)Si3N4和SiO2腐蝕,柵氧化,溝道摻雜(閾值電壓調(diào)節(jié)注入)。(8)多晶硅淀積、摻雜、光刻和腐蝕,形成多晶硅版。(9)NMOS管光刻和注入硼,形成 N+版。(10)PMOS管光刻和注入磷,形成P+版。(11)硅片表面生長SiO2薄膜。(12)接觸空光刻,接觸孔腐蝕。(13)淀積鋁,形成鋁連線。8、(1)MOSFET的飽和電流主要取決于哪些參數(shù)?答:飽和電流取決于柵極寬度W,柵極長度L,柵-源之間壓降,閾值電壓,氧化層厚度,氧化層介電常數(shù) (2)什么是MOS器件的體效應(yīng)?請指出 答:由于襯底與源端未連接在一起,而引起的閾值電壓的變化叫做體效應(yīng)。(3)版圖中有源區(qū)接觸孔、多晶硅接觸孔和通孔的作用各是什么?有源區(qū)接觸孔:用來連接第一層金屬和N+或P+區(qū)域,在版圖設(shè)計中有源區(qū)接觸孔的形狀通常是正方形 通孔:用于相鄰兩金屬層的連接,其形狀也是正方形多晶硅接觸孔:用來連接第一層金屬和多晶硅柵,其形狀通常也是正方形9.討論MOSFET的基本結(jié)構(gòu)。討論MOSFET的閾值電壓及其影響因素。 答:MOSFET由兩個PN結(jié)和一個MOS電容組成;閾值電壓就是將柵極下面的Si表面從P型Si變成N型Si所必要的電壓。影響它的因素有4個:材料的功函數(shù)之差,SiO2層中可以移動的正離子的影響,氧化層中固定電荷的影響,面勢阱的影響。10畫出電阻的高頻等效電路。集成電路電路級模擬的標(biāo)準(zhǔn)工具是什么軟件,能進(jìn)行哪些性能分析?答:集成電路電路級模擬的標(biāo)準(zhǔn)工具是SPICE可以進(jìn)行:1.直流工作點分析2.直流掃描分析3.小信號傳輸函數(shù)4.交流特性分析5.直流或小信號交流靈敏度分析6.噪聲分析7.瞬態(tài)特性分析8.傅里葉分析9.失真分析10.零極點分析11 信號線的版圖設(shè)計準(zhǔn)則有哪些?集成電路封裝工藝基本流程有哪些?答:版圖設(shè)計準(zhǔn)則:(1)匹配設(shè)計,(2)抗干擾設(shè)計,(3)寄生優(yōu)化設(shè)計,(4)可靠性設(shè)計;一般信號線用第一層金屬,信號線交叉的地方用第二層金屬, 對高頻信號,盡量減少寄生電容的干擾,對直流信號,盡量利用寄生電容來旁路掉直流信號中的交流成分從而穩(wěn)定直流。第一層金屬和第二層金屬之間,第二層金屬和第三層金屬之間均會形成電容.封裝工藝流程:對晶圓進(jìn)行劃片分類管芯鍵合引線壓焊密封管殼焊接塑封測試。12、(1)版圖設(shè)計規(guī)則中的基本幾何關(guān)系主要包括哪幾種,試畫圖說明?(2)電源線的版圖設(shè)計準(zhǔn)則有哪些?(3)某電阻需要通過100微安電流,該電阻寬2微米,如果它的電流密度值為0.12毫安/微米,試通過計算判斷該電阻能否可靠工作。答:(1)設(shè)計規(guī)則主要包括各層的最小寬度、層與層之間的最小間距以及最小交疊等。1.最小寬度指封閉幾何圖形的內(nèi)邊之間的距離2.最小間距:間距指各幾何圖形外邊界之間的距離3.最小交疊:交迭有兩種形式:a)一幾何圖形內(nèi)邊界到另一圖形的內(nèi)邊界長度(overlap)b)一幾何圖形外邊界到另一圖形的內(nèi)邊界長度(extension(2)電源線和地線應(yīng)盡可能地避免用擴(kuò)散區(qū)和多晶硅布線,特別是通過較大電流的那部分電源線和地線;禁止在一條鋁布線的長信號下平行走過另一條用多晶硅或擴(kuò)散區(qū)布線的長信號線;壓點離開芯片內(nèi)部圖形的距離不應(yīng)少于20微米。 (3) 13.給出下列布爾表達(dá)式的全互補(bǔ)CMOS電路。試分別指出NMOS傳輸門和PMOS傳輸門傳輸“0”和“1”邏輯各有何特點。答:當(dāng)NMOS傳輸門用作開關(guān)以傳輸邏輯信號時,傳輸“0”邏輯將是理想的。傳輸“1”邏輯則不理想,因為電平是蛻化的當(dāng)PMOS傳輸門用作開關(guān)傳輸邏輯信號時,傳輸“1”邏輯, 將是理想的.傳輸“0”邏輯, 不是理想的. 因為電平是蛻化的,14.畫出CMOS標(biāo)準(zhǔn)反相器的電路圖,并簡要說明是如何實現(xiàn)反相功能的。并畫出兩輸入CMOS或非門的電路圖。反相功能的實現(xiàn):輸入為1時,則NMOS導(dǎo)通,PMOS不導(dǎo)通,輸出為0.輸入為0時,則NMOS不導(dǎo)通,PMOS導(dǎo)通,輸出為1. 15、在CMOS工藝中P型襯底和N阱應(yīng)該做怎樣的連接?某大尺寸NMOS晶體管,如果將其拆分成并聯(lián)的晶體管,應(yīng)該采取什么樣的版圖設(shè)計措施比較妥當(dāng)?答:對于NMOS管,我們應(yīng)當(dāng)充分保證其襯底接地,而PMOS管應(yīng)當(dāng)保證其襯底充分接高電平,特別MOS管流過大電流時,應(yīng)該在管子周圍形成隔離環(huán)進(jìn)行保護(hù)16、假設(shè)需要一個能承受12毫安電流的電阻,其大小為50歐姆,并且要求其對工藝變化不敏感。有三個選擇:多晶硅:電流密度為0.27 mA/m,薄層電阻率為225 /;N阱:電流密度為0.72 mA/m,薄層電阻率為870 /;擴(kuò)散電阻:電流密度為0.93 mA/m,薄層電阻率為1290 /。請通過計算出這三種電阻的寬度和長度,并根據(jù)計算結(jié)果判斷,哪一個電阻能夠滿足我們的要求?選擇的理由是什么?17、全互補(bǔ)CMOS電路的缺點主要是什么?作為對它的改進(jìn),偽NMOS邏輯電路的優(yōu)點是什么?答:全互補(bǔ)CMOS電路的缺點是管子數(shù)太多。偽NMOS電路的最大優(yōu)點是: (1)管子數(shù)少。若組合邏輯共有k個輸入變量,則偽NMOS邏 輯只需要k+1個管 子,同 NMOS電路一樣,比標(biāo)準(zhǔn)的CMOS要少得多。(2)輸入電容也同NMOS一樣,是CMOS電路的一半。(3)靜態(tài)功耗也同NMOS一樣,因為P管總是導(dǎo)通的,很象耗盡管負(fù)載,有直通電流。而CMOS則是沒有的。18、(1)何謂靜態(tài)恢復(fù)邏輯電路?如何理解靜態(tài)和恢復(fù)邏輯電路?(2)與N
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