本書將系統(tǒng)地介紹微電子制造科學原理與工程技術，覆蓋集成電路制造所涉及的晶圓材料、擴散、氧化、離子注入、光刻、刻蝕、薄膜淀積、測試及封裝等單項工藝，以及以互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成電路為主線的工藝集成。對單項工藝除了講述相關的物理和化學原理外，還介紹一些相關的工藝設備。
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目錄
前言
第1章 半導體制造緒論 1
1.1 引言 1
1.2 半導體產(chǎn)業(yè)史 1
1.3 晶圓制造廠 5
1.3.1 晶圓制備 5
1.3.2 晶圓制造 7
1.3.3 晶圓測試 8
1.3.4 裝配與封裝 8
1.3.5 終測與考核試驗 9
1.4 集成電路 9
1.4.1 集成電路的功能和性能 11
1.4.2 集成電路的可靠性 11
1.4.3 集成電路的制造成本 12
1.5 小結 12
習題 12
參考文獻 12
第2章 半導體襯底材料 14
2.1 相圖與固溶度 14
2.2 晶體結構 18
2.3 晶體缺陷 19
2.4 晶圓制備及規(guī)格 24
2.5 清洗工藝 26
2.5.1 晶圓清洗 26
2.5.2 濕法清洗設備 28
2.5.3 其他清洗方案 31
2.6 小結 32
習題 32
參考文獻 33
第3章 擴散 36
3.1 擴散方程 37
3.2 雜質(zhì)擴散機制與擴散效應 38
3.3 擴散工藝 43
3.3.1 固態(tài)源擴散 43
3.3.2 液態(tài)源擴散 45
3.3.3 氣態(tài)源擴散 46
3.3.4 快速氣相摻雜 46
3.3.5 氣體浸沒激光摻雜 47
3.4 擴散雜質(zhì)分布 49
3.4.1 恒定表面源擴散 49
3.4.2 有限表面源擴散 50
3.5 擴散雜質(zhì)的分析表征 56
3.5.1 薄層電阻 56
3.5.2 遷移率 58
3.5.3 載流子濃度測量 59
3.6 雜質(zhì)在二氧化硅中的擴散 63
3.7 雜質(zhì)分布的數(shù)值模擬 64
3.8 小結 65
習題 65
參考文獻 65
第4章 氧化 68
4.1 SiO2的結構、性質(zhì)及應用 68
4.1.1 SiO2的結構 68
4.1.2 SiO2的性質(zhì) 69
4.1.3 SiO2的應用 71
4.2 氧化工藝 76
4.2.1 干氧氧化 76
4.2.2 水汽氧化 76
4.2.3 濕氧氧化 77
4.2.4 氫氣和氧氣合成氧化 77
4.2.5 快速熱氧化 78
4.2.6 高壓氧化 81
4.2.7 等離子體氧化 82
4.3 熱氧化生長動力學 82
4.3.1 熱氧化動力學模型 82
4.3.2 CMOS技術中對薄氧化層的要求 87
4.4 氧化速率的影響因素 89
4.4.1 氧化劑分壓對氧化速率的影響 89
4.4.2 氧化溫度對氧化速率的影響 89
4.4.3 晶向對氧化速率的影響 91
4.4.4 摻雜影響 92
4.5 熱氧化過程中的雜質(zhì)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 薄膜厚度的測量 95
4.7.2 薄膜缺陷的檢測 98
4.8 小結 98
習題 99
參考文獻 99
第5章 離子注入 101
5.1 離子注入系統(tǒng)及工藝 101
5.2 離子碰撞及分布 110
5.2.1 核碰撞與電子碰撞理論 110
5.2.2 核阻滯本領和電子阻滯本領 111
5.2.3 投影射程 113
5.2.4 離子分布 114
5.3 離子注入常見問題 117
5.3.1 溝道效應 117
5.3.2 陰影效應 119
5.3.3 離子注入損傷 119
5.3.4 熱退火 121
5.3.5 淺結形成 125
5.4 離子注入工藝的應用及最新進展 126
5.4.1 離子注入工藝的應用 126
5.4.2 離子注入的最新進展 131
5.5 離子注入的數(shù)值模擬134
5.6 小結 135
習題 135
參考文獻 136
第6章 快速熱處理 142
6.1 快速熱處理工藝機理與特點 142
6.2 快速熱處理關鍵問題 147
6.2.1 光源與反應腔設計 147
6.2.2 硅片受熱不均勻的現(xiàn)象 148
6.2.3 溫度測量 149
6.3 快速熱處理工藝的應用及發(fā)展趨勢 150
6.3.1 快速熱處理工藝的應用 150
6.3.2 快速熱處理工藝的發(fā)展趨勢 152
6.4 小結 155
習題 155
參考文獻 155
第7章 光學光刻 159
7.1 光刻工藝概述 159
7.2 光刻工藝流程 160
7.2.1 襯底預處理 161
7.2.2 旋轉涂膠 161
7.2.3 前烘 161
7.2.4 對準與曝光 162
7.2.5 曝光后烘焙 162
7.2.6 顯影 162
7.2.7 堅膜 163
7.2.8 顯影后檢測 163
7.3 曝光光源 163
7.3.1 汞燈 164
7.3.2 準分子激光光源 164
7.4 曝光系統(tǒng) 165
7.4.1 接觸式 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 環(huán)境條件 176
7.5 光刻膠 177
7.5.1 光刻膠類型 177
7.5.2 臨界調(diào)制傳輸函數(shù) 181
7.5.3 DQN正膠的典型反應 181
7.5.4 二級曝光效應 183
7.5.5 先進光刻膠 184
7.6 小結 187
習題 187
參考文獻 187
第8章 先進光刻 190
8.1 先進光刻機曝光系統(tǒng) 190
8.1.1 浸沒式光刻機 190
8.1.2 同軸與離軸照明技術 192
8.2 掩模版工程 195
8.2.1 光學鄰近效應修正 195
8.2.2 相移掩模 196
8.3 表面反射和駐波的抑制 197
8.4 電子束光刻 199
8.4.1 直寫式電子束光刻 201
8.4.2 電子束光刻的鄰近效應 203
8.4.3 多電子束光刻 205
8.4.4 投影式電子束光刻 206
8.5 X射線光刻 206
8.5.1 接近式X射線光刻 207
8.5.2 X射線光刻用掩模版 208
8.5.3 投影式X射線光刻 210
8.6 側墻轉移技術 210
8.7 多重曝光技術 212
8.8 納米壓印 216
8.8.1 模板加工制作技術 216
8.8.2 熱壓印技術 217
8.8.3 紫外納米壓印技術 218
8.8.4 柔性納米壓印技術 220
8.8.5 其他納米壓印技術 221
8.9 定向自組裝光刻技術 221
8.9.1 BCP微相分離原理 222
8.9.2 物理誘導方式 224
8.9.3 化學誘導方式 225
8.9.4 圖形轉移方式 228
8.10 小結 231
習題 232
參考文獻 232
第9章 真空、等離子體與刻蝕技術 238
9.1 真空壓力范圍與真空泵結構 238
9.1.1 活塞式機械泵 239
9.1.2 旋片式機械泵 241
9.1.3 增壓器——羅茨泵 241
9.1.4 油擴散泵 242
9.1.5 渦輪分子泵 243
9.1.6 低溫吸附泵 244
9.1.7 鈦升華泵 244
9.1.8 濺射離子泵 245
9.2 真空密封與壓力測量 246
9.2.1 真空密封方式 246
9.2.2 真空測量 247
9.3 等離子體產(chǎn)生 250
9.3.1 直流輝光放電 251
9.3.2 射頻放電 254
9.4 刻蝕的基本概念 256
9.5 濕法刻蝕 260
9.5.1 二氧化硅的刻蝕 261
9.5.2 硅的刻蝕 263
9.5.3 氮化硅的刻蝕 264
9.5.4 表面預清洗 265
9.5.5 濕法刻蝕/清洗后量測與表征 266
9.6 干法刻蝕 267
9.6.1 濺射與離子銑刻蝕(純物理刻蝕) 268
9.6.2 等離子體刻蝕(純化學刻蝕) 270
9.6.3 反應離子刻蝕(物理+化學刻蝕) 270
9.7 干法刻蝕設備 275
9.7.1 筒型刻蝕設備 275
9.7.2 平行板刻蝕設備：反應離子刻蝕模式 276
9.7.3 干法刻蝕設備的發(fā)展 276
9.8 常用材料的干法刻蝕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 干法刻蝕的終點檢測 284
9.9 化學機械拋光 286
9.10 小結 292
習題 292
參考文獻 293
第10章 物理與化學氣相淀積 296
10.1 物理氣相淀積：蒸發(fā)和濺射 297
10.1.1 蒸發(fā)概念與機理 297
10.1.2 常用蒸發(fā)技術 302
10.1.3 濺射概念與機理 306
10.1.4 常用濺射技術 313
10.2 化學氣相淀積 317
10.2.1 簡單的化學氣相淀積系統(tǒng) 317
10.2.2 化學氣相淀積中的氣體動力學 320
10.2.3 淀積速率影響因素 322
10.2.4 化學氣相淀積系統(tǒng)分類 324
10.2.5 常用薄膜的化學氣相淀積 332
10.3 外延生長 340
10.3.1 外延的基本概念 340
10.3.2 硅氣相外延基本原理 341
10.3.3 外延層中雜質(zhì)分布 345
10.3.4 常用外延技術 348
10.3.5 外延層缺陷與檢測 351
10.4 小結 355
習題 356
參考文獻 356
第11章 CMOS集成技術：前道工藝 360
11.1 CMOS集成技術介紹 360
11.1.1 CMOS集成電路中晶體管的基本結構和工藝參數(shù) 361
11.1.2 集成度提升與摩爾定律 363
11.1.3 晶體管特征尺寸微縮與關鍵工藝模塊 364
11.2 關鍵工藝模塊 365
11.2.1 器件參數(shù)與溝道注入 365
11.2.2 器件隔離 367
11.2.3 CMOS阱隔離工藝 369
11.2.4 器件中金屬–半導體接觸技術 370
11.2.5 自對準源漏摻雜 372
11.2.6 CMOS器件源漏寄生電阻與自對準硅化物工藝 373
11.2.7 器件微縮和短溝道效應工藝抑制 374
11.2.8 器件溝道熱載流子效應及源漏輕摻雜結構 376
11.2.9 CMOS集成電路閂鎖效應與工藝抑制 376
11.3 CMOS主要集成工藝流程 377
11.3.1 集成電路集成工藝演化 377
11.3.2 傳統(tǒng)CMOS工藝——0.18μm通用集成工藝 379
11.3.3 現(xiàn)代CMOS集成工藝——65nmLP集成工藝 379
11.4 現(xiàn)代先進集成技術 385
11.4.1 先進集成電路工藝發(fā)展特點 385
11.4.2 溝道應變工程 386
11.4.3 高k金屬柵 389
11.4.4 FinFET 393
11.5 小結 396
習題 396
參考文獻 397
第12章 CMOS集成技術：后道工藝 398
12.1 引言 398
12.1.1 CMOS集成電路的互連結構 398
12.1.2 摩爾定律和銅/低k互連 399
12.1.3 對后道工藝的技術要求 400
12.2 器件小型化對互連材料的要求 400
12.2.1 金屬互連結構的寄生電阻 401
12.2.2 金屬互連結構的可靠性問題 402
12.2.3 金屬間寄生電容 403
12.2.4 銅/低k互連取代Al/SiO2互連的必要性 404
12.3 銅互連技術需要解決的關鍵問題 407
12.3.1 擴散阻擋層 407
12.3.2 大馬士革工藝 411
12.3.3 低k材料 415
12.4 銅/低k互連工藝 418
12.4.1 擴散阻擋層和銅籽晶層的淀積 418
12.4.2 銅電鍍 420
12.4.3 化學機械平坦化 423
12.5 小結和展望 425
習題 426
參考文獻 427
第13章 特殊器件集成技術 430
13.1 SOI集成電路技術 430
13.1.1 SOI器件類型和工作原理 430
13.1.2 SOI器件與電路特性優(yōu)勢 431
13.1.3 SOI襯底材料制備技術 433
13.1.4 SOI集成電路制造工藝 434
13.2 雙極和BiCMOS集成電路技術 435
13.2.1 雙極晶體管和電學特性 435
13.2.2 雙極集成電路和集成工藝 437
13.2.3 高級雙極集成電路制造工藝 439
13.2.4 BiCMOS集成技術 440
13.3 存儲器技術 441
13.3.1 存儲器主要種類 441
13.3.2 DRAM及制造工藝 442
13.3.3 SRAM及制造工藝 443
13.3.4 Flash存儲器及制造工藝 444
13.4 化合物半導體器件與集成技術 447
13.4.1 化合物半導體和生長方法 447
13.4.2 化合物半導體器件中一些特殊概念 448
13.4.3 化合物MESFET及集成工藝 450
13.4.4 HEMT及制造工藝 454
13.4.5 化合物半導體HBT及制造工藝 456
13.5 薄膜晶體管制造技術 457
13.5.1 薄膜晶體管結構和特點 457
13.5.2 薄膜晶體管種類和制造工藝 459
13.5.3 高級薄膜晶體管技術 461
13.6 小結 461
習題 461
參考文獻 462
第14章 半導體測量、檢測與測試技術 463
14.1 工藝參數(shù)與測量方法 463
14.1.1 薄膜測量方法 465
14.1.2 摻雜濃度測量方法 480
14.1.3 圖形測量及檢查 482
14.2 工藝分析方法與途徑 487
14.2.1 二次離子質(zhì)譜分析儀 487
14.2.2 原子力顯微鏡 489
14.2.3 俄歇電子能譜分析儀 490
14.2.4 XPS儀的工作原理 492
14.2.5 透射電子顯微鏡 493
14.3 晶圓電學參數(shù)測試 494
14.4 晶圓揀選測試 506
14.4.1 測試目標 506
14.4.2 晶圓揀選測試類型 508
14.4.3 晶圓揀選測試要點 512
14.5 成品率 514
14.5.1 晶圓面積與成品率 514
14.5.2 芯片面積與成品率 514
14.5.3 工藝步驟與成品率 514
14.5.4 特征尺寸與成品率 515
14.5.5 工藝成熟度與成品率 515
14.5.6 晶體材料缺陷與成品率 515
14.5.7 晶圓中測成品率模型 515
14.5.8 成品率管理系統(tǒng) 517
14.6 小結 517
習題 517
參考文獻 518
第15章 封裝工藝 520
15.1 引言 520
15.2 傳統(tǒng)裝配 522
15.2.1 背面減薄處理 522
15.2.2 分片 523
15.2.3 貼片 524
15.2.4 引線鍵合 526
15.3 傳統(tǒng)封裝 529
15.3.1 金屬殼封裝 530
15.3.2 塑料封裝 530
15.3.3 陶瓷封裝 533
15.3.4 封裝與功率耗散 534
15.4 現(xiàn)代裝配與封裝 535
15.4.1 倒裝芯片 535
15.4.2 球柵陣列 537
15.4.3 板上芯片 538
15.4.4 載帶式自動鍵合 539
15.4.5 多芯片模塊 539
15.4.6 芯片尺寸封裝 540
15.4.7 晶圓級封裝 541
15.5 封裝與裝配質(zhì)量測量 543
15.6 集成電路封裝檢查及故障排除 544
15.7 小結 545
習題 545
參考文獻 546
名詞術語中英文對照表 548
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