本书将系统地介绍微电子制造科学原理与工程技术，覆盖集成电路制造所涉及的晶圆材料、扩散、氧化、离子注入、光刻、刻蚀、薄膜淀积、测试及封装等单项工艺，以及以互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路为主线的工艺集成。对单项工艺除了讲述相关的物理和化学原理外，还介绍一些相关的工艺设备。
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前言
第1章 半导体制造绪论 1
1.1 引言 1
1.2 半导体产业史 1
1.3 晶圆制造厂 5
1.3.1 晶圆制备 5
1.3.2 晶圆制造 7
1.3.3 晶圆测试 8
1.3.4 装配与封装 8
1.3.5 终测与考核试验 9
1.4 集成电路 9
1.4.1 集成电路的功能和性能 11
1.4.2 集成电路的可靠性 11
1.4.3 集成电路的制造成本 12
1.5 小结 12
习题 12
参考文献 12
第2章 半导体衬底材料 14
2.1 相图与固溶度 14
2.2 晶体结构 18
2.3 晶体缺陷 19
2.4 晶圆制备及规格 24
2.5 清洗工艺 26
2.5.1 晶圆清洗 26
2.5.2 湿法清洗设备 28
2.5.3 其他清洗方案 31
2.6 小结 32
习题 32
参考文献 33
第3章 扩散 36
3.1 扩散方程 37
3.2 杂质扩散机制与扩散效应 38
3.3 扩散工艺 43
3.3.1 固态源扩散 43
3.3.2 液态源扩散 45
3.3.3 气态源扩散 46
3.3.4 快速气相掺杂 46
3.3.5 气体浸没激光掺杂 47
3.4 扩散杂质分布 49
3.4.1 恒定表面源扩散 49
3.4.2 有限表面源扩散 50
3.5 扩散杂质的分析表征 56
3.5.1 薄层电阻 56
3.5.2 迁移率 58
3.5.3 载流子浓度测量 59
3.6 杂质在二氧化硅中的扩散 63
3.7 杂质分布的数值模拟 64
3.8 小结 65
习题 65
参考文献 65
第4章 氧化 68
4.1 SiO2的结构、性质及应用 68
4.1.1 SiO2的结构 68
4.1.2 SiO2的性质 69
4.1.3 SiO2的应用 71
4.2 氧化工艺 76
4.2.1 干氧氧化 76
4.2.2 水汽氧化 76
4.2.3 湿氧氧化 77
4.2.4 氢气和氧气合成氧化 77
4.2.5 快速热氧化 78
4.2.6 高压氧化 81
4.2.7 等离子体氧化 82
4.3 热氧化生长动力学 82
4.3.1 热氧化动力学模型 82
4.3.2 CMOS技术中对薄氧化层的要求 87
4.4 氧化速率的影响因素 89
4.4.1 氧化剂分压对氧化速率的影响 89
4.4.2 氧化温度对氧化速率的影响 89
4.4.3 晶向对氧化速率的影响 91
4.4.4 掺杂影响 92
4.5 热氧化过程中的杂质再分布 93
4.6 Si-SiO2界面特性 93
4.7 氧化物的分析表征 95
4.7.1 薄膜厚度的测量 95
4.7.2 薄膜缺陷的检测 98
4.8 小结 98
习题 99
参考文献 99
第5章 离子注入 101
5.1 离子注入系统及工艺 101
5.2 离子碰撞及分布 110
5.2.1 核碰撞与电子碰撞理论 110
5.2.2 核阻滞本领和电子阻滞本领 111
5.2.3 投影射程 113
5.2.4 离子分布 114
5.3 离子注入常见问题 117
5.3.1 沟道效应 117
5.3.2 阴影效应 119
5.3.3 离子注入损伤 119
5.3.4 热退火 121
5.3.5 浅结形成 125
5.4 离子注入工艺的应用及最新进展 126
5.4.1 离子注入工艺的应用 126
5.4.2 离子注入的最新进展 131
5.5 离子注入的数值模拟134
5.6 小结 135
习题 135
参考文献 136
第6章 快速热处理 142
6.1 快速热处理工艺机理与特点 142
6.2 快速热处理关键问题 147
6.2.1 光源与反应腔设计 147
6.2.2 硅片受热不均匀的现象 148
6.2.3 温度测量 149
6.3 快速热处理工艺的应用及发展趋势 150
6.3.1 快速热处理工艺的应用 150
6.3.2 快速热处理工艺的发展趋势 152
6.4 小结 155
习题 155
参考文献 155
第7章 光学光刻 159
7.1 光刻工艺概述 159
7.2 光刻工艺流程 160
7.2.1 衬底预处理 161
7.2.2 旋转涂胶 161
7.2.3 前烘 161
7.2.4 对准与曝光 162
7.2.5 曝光后烘焙 162
7.2.6 显影 162
7.2.7 坚膜 163
7.2.8 显影后检测 163
7.3 曝光光源 163
7.3.1 汞灯 164
7.3.2 准分子激光光源 164
7.4 曝光系统 165
7.4.1 接触式 166
7.4.2 接近式 166
7.4.3 投影式 167
7.4.4 掩模版 170
7.4.5 环境条件 176
7.5 光刻胶 177
7.5.1 光刻胶类型 177
7.5.2 临界调制传输函数 181
7.5.3 DQN正胶的典型反应 181
7.5.4 二级曝光效应 183
7.5.5 先进光刻胶 184
7.6 小结 187
习题 187
参考文献 187
第8章 先进光刻 190
8.1 先进光刻机曝光系统 190
8.1.1 浸没式光刻机 190
8.1.2 同轴与离轴照明技术 192
8.2 掩模版工程 195
8.2.1 光学邻近效应修正 195
8.2.2 相移掩模 196
8.3 表面反射和驻波的抑制 197
8.4 电子束光刻 199
8.4.1 直写式电子束光刻 201
8.4.2 电子束光刻的邻近效应 203
8.4.3 多电子束光刻 205
8.4.4 投影式电子束光刻 206
8.5 X射线光刻 206
8.5.1 接近式X射线光刻 207
8.5.2 X射线光刻用掩模版 208
8.5.3 投影式X射线光刻 210
8.6 侧墙转移技术 210
8.7 多重曝光技术 212
8.8 纳米压印 216
8.8.1 模板加工制作技术 216
8.8.2 热压印技术 217
8.8.3 紫外纳米压印技术 218
8.8.4 柔性纳米压印技术 220
8.8.5 其他纳米压印技术 221
8.9 定向自组装光刻技术 221
8.9.1 BCP微相分离原理 222
8.9.2 物理诱导方式 224
8.9.3 化学诱导方式 225
8.9.4 图形转移方式 228
8.10 小结 231
习题 232
参考文献 232
第9章 真空、等离子体与刻蚀技术 238
9.1 真空压力范围与真空泵结构 238
9.1.1 活塞式机械泵 239
9.1.2 旋片式机械泵 241
9.1.3 增压器——罗茨泵 241
9.1.4 油扩散泵 242
9.1.5 涡轮分子泵 243
9.1.6 低温吸附泵 244
9.1.7 钛升华泵 244
9.1.8 溅射离子泵 245
9.2 真空密封与压力测量 246
9.2.1 真空密封方式 246
9.2.2 真空测量 247
9.3 等离子体产生 250
9.3.1 直流辉光放电 251
9.3.2 射频放电 254
9.4 刻蚀的基本概念 256
9.5 湿法刻蚀 260
9.5.1 二氧化硅的刻蚀 261
9.5.2 硅的刻蚀 263
9.5.3 氮化硅的刻蚀 264
9.5.4 表面预清洗 265
9.5.5 湿法刻蚀/清洗后量测与表征 266
9.6 干法刻蚀 267
9.6.1 溅射与离子铣刻蚀(纯物理刻蚀) 268
9.6.2 等离子体刻蚀(纯化学刻蚀) 270
9.6.3 反应离子刻蚀(物理+化学刻蚀) 270
9.7 干法刻蚀设备 275
9.7.1 筒型刻蚀设备 275
9.7.2 平行板刻蚀设备：反应离子刻蚀模式 276
9.7.3 干法刻蚀设备的发展 276
9.8 常用材料的干法刻蚀280
9.8.1 二氧化硅 280
9.8.2 氮化硅 282
9.8.3 多晶硅 283
9.8.4 干法刻蚀的终点检测 284
9.9 化学机械抛光 286
9.10 小结 292
习题 292
参考文献 293
第10章 物理与化学气相淀积 296
10.1 物理气相淀积：蒸发和溅射 297
10.1.1 蒸发概念与机理 297
10.1.2 常用蒸发技术 302
10.1.3 溅射概念与机理 306
10.1.4 常用溅射技术 313
10.2 化学气相淀积 317
10.2.1 简单的化学气相淀积系统 317
10.2.2 化学气相淀积中的气体动力学 320
10.2.3 淀积速率影响因素 322
10.2.4 化学气相淀积系统分类 324
10.2.5 常用薄膜的化学气相淀积 332
10.3 外延生长 340
10.3.1 外延的基本概念 340
10.3.2 硅气相外延基本原理 341
10.3.3 外延层中杂质分布 345
10.3.4 常用外延技术 348
10.3.5 外延层缺陷与检测 351
10.4 小结 355
习题 356
参考文献 356
第11章 CMOS集成技术：前道工艺 360
11.1 CMOS集成技术介绍 360
11.1.1 CMOS集成电路中晶体管的基本结构和工艺参数 361
11.1.2 集成度提升与摩尔定律 363
11.1.3 晶体管特征尺寸微缩与关键工艺模块 364
11.2 关键工艺模块 365
11.2.1 器件参数与沟道注入 365
11.2.2 器件隔离 367
11.2.3 CMOS阱隔离工艺 369
11.2.4 器件中金属–半导体接触技术 370
11.2.5 自对准源漏掺杂 372
11.2.6 CMOS器件源漏寄生电阻与自对准硅化物工艺 373
11.2.7 器件微缩和短沟道效应工艺抑制 374
11.2.8 器件沟道热载流子效应及源漏轻掺杂结构 376
11.2.9 CMOS集成电路闩锁效应与工艺抑制 376
11.3 CMOS主要集成工艺流程 377
11.3.1 集成电路集成工艺演化 377
11.3.2 传统CMOS工艺——0.18μm通用集成工艺 379
11.3.3 现代CMOS集成工艺——65nmLP集成工艺 379
11.4 现代先进集成技术 385
11.4.1 先进集成电路工艺发展特点 385
11.4.2 沟道应变工程 386
11.4.3 高k金属栅 389
11.4.4 FinFET 393
11.5 小结 396
习题 396
参考文献 397
第12章 CMOS集成技术：后道工艺 398
12.1 引言 398
12.1.1 CMOS集成电路的互连结构 398
12.1.2 摩尔定律和铜/低k互连 399
12.1.3 对后道工艺的技术要求 400
12.2 器件小型化对互连材料的要求 400
12.2.1 金属互连结构的寄生电阻 401
12.2.2 金属互连结构的可靠性问题 402
12.2.3 金属间寄生电容 403
12.2.4 铜/低k互连取代Al/SiO2互连的必要性 404
12.3 铜互连技术需要解决的关键问题 407
12.3.1 扩散阻挡层 407
12.3.2 大马士革工艺 411
12.3.3 低k材料 415
12.4 铜/低k互连工艺 418
12.4.1 扩散阻挡层和铜籽晶层的淀积 418
12.4.2 铜电镀 420
12.4.3 化学机械平坦化 423
12.5 小结和展望 425
习题 426
参考文献 427
第13章 特殊器件集成技术 430
13.1 SOI集成电路技术 430
13.1.1 SOI器件类型和工作原理 430
13.1.2 SOI器件与电路特性优势 431
13.1.3 SOI衬底材料制备技术 433
13.1.4 SOI集成电路制造工艺 434
13.2 双极和BiCMOS集成电路技术 435
13.2.1 双极晶体管和电学特性 435
13.2.2 双极集成电路和集成工艺 437
13.2.3 高级双极集成电路制造工艺 439
13.2.4 BiCMOS集成技术 440
13.3 存储器技术 441
13.3.1 存储器主要种类 441
13.3.2 DRAM及制造工艺 442
13.3.3 SRAM及制造工艺 443
13.3.4 Flash存储器及制造工艺 444
13.4 化合物半导体器件与集成技术 447
13.4.1 化合物半导体和生长方法 447
13.4.2 化合物半导体器件中一些特殊概念 448
13.4.3 化合物MESFET及集成工艺 450
13.4.4 HEMT及制造工艺 454
13.4.5 化合物半导体HBT及制造工艺 456
13.5 薄膜晶体管制造技术 457
13.5.1 薄膜晶体管结构和特点 457
13.5.2 薄膜晶体管种类和制造工艺 459
13.5.3 高级薄膜晶体管技术 461
13.6 小结 461
习题 461
参考文献 462
第14章 半导体测量、检测与测试技术 463
14.1 工艺参数与测量方法 463
14.1.1 薄膜测量方法 465
14.1.2 掺杂浓度测量方法 480
14.1.3 图形测量及检查 482
14.2 工艺分析方法与途径 487
14.2.1 二次离子质谱分析仪 487
14.2.2 原子力显微镜 489
14.2.3 俄歇电子能谱分析仪 490
14.2.4 XPS仪的工作原理 492
14.2.5 透射电子显微镜 493
14.3 晶圆电学参数测试 494
14.4 晶圆拣选测试 506
14.4.1 测试目标 506
14.4.2 晶圆拣选测试类型 508
14.4.3 晶圆拣选测试要点 512
14.5 成品率 514
14.5.1 晶圆面积与成品率 514
14.5.2 芯片面积与成品率 514
14.5.3 工艺步骤与成品率 514
14.5.4 特征尺寸与成品率 515
14.5.5 工艺成熟度与成品率 515
14.5.6 晶体材料缺陷与成品率 515
14.5.7 晶圆中测成品率模型 515
14.5.8 成品率管理系统 517
14.6 小结 517
习题 517
参考文献 518
第15章 封装工艺 520
15.1 引言 520
15.2 传统装配 522
15.2.1 背面减薄处理 522
15.2.2 分片 523
15.2.3 贴片 524
15.2.4 引线键合 526
15.3 传统封装 529
15.3.1 金属壳封装 530
15.3.2 塑料封装 530
15.3.3 陶瓷封装 533
15.3.4 封装与功率耗散 534
15.4 现代装配与封装 535
15.4.1 倒装芯片 535
15.4.2 球栅阵列 537
15.4.3 板上芯片 538
15.4.4 载带式自动键合 539
15.4.5 多芯片模块 539
15.4.6 芯片尺寸封装 540
15.4.7 晶圆级封装 541
15.5 封装与装配质量测量 543
15.6 集成电路封装检查及故障排除 544
15.7 小结 545
习题 545
参考文献 546
名词术语中英文对照表 548
京公网安备 11010102004214号