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第1章 集成电路简介 2

1.1概述 2

1.1.1从分立元件到集成电路 2

1.1.2由硅圆片到芯片再到封装 4

1.1.3三极管的功能——可以比作通过水闸的水路 6

1.1.4 n沟道MOS（nMOS）三极管的工作原理 8

1.1.5截止状态下MOS器件中的泄漏电流 10

1.2半导体硅材料——集成电路的核心与基础 12

1.2.1 MOS型与双极结型晶体管的比较 12

1.2.2 CMOS构造的断面模式图（p型硅基板） 14

1.2.3快闪存储器单元三极管“写入”“擦除”“读取”的工作原理 16

1.3集成电路元件的分类 18

1.3.1 IC的功能及类型 18

1.3.2 RAM和ROM 20

1.3.3半导体器件的分类方法 22

1.4半导体器件的制作工艺流程 24

1.4.1前道工艺和后道工艺 24

1.4.2 IC芯片制造工艺流程简介 26

书角茶桌 集成电路发展史上的十大里程碑事件 28

第2章 从硅石到晶圆 36

2.1半导体硅材料 36

2.1.1硅是目前最重要的半导体材料 36

2.1.2单晶硅中的晶体缺陷 38

2.1.3 pn结中杂质的能级 40

2.1.4按电阻对绝缘体、半导体、导体的分类 42

2.2从硅石到金属硅，再到99.999999999％的高纯硅 44

2.2.1从晶石原料到半导体元器件的制程 44

2.2.2从硅石还原为金属硅 46

2.2.3多晶硅的析出和生长 48

2.3从多晶硅到单晶硅棒 50

2.3.1改良西门子法生产多晶硅 50

2.3.2直拉法（Czochralski， CZ法）拉制单晶硅 52

2.3.3区熔法制作单晶硅 54

2.3.4直拉法中位错产生的原因及消除措施 56

2.4从单晶硅到晶圆 58

2.4.1晶圆尺寸不断扩大 58

2.4.2先要进行取向标志的加工 60

2.4.3将硅坯切割成一片一片的硅圆片 62

2.4.4硅圆片有各种不同的类型 64

2.5抛光片、退火片、外延片、SOI片 66

2.5.1抛光片和退火片 66

2.5.2外延片 68

2.5.3 SOI片 70

书角茶桌 “硅是上帝赐予人类的宝物” 72

第3章 集成电路制作工艺流程 74

3.1集成电路逻辑LSI元件的结构 74

3.1.1双极结型器件的结构 74

3.1.2硅栅MOS器件的结构 76

3.1.3硅栅CMOS器件的结构 78

3.1.4 BiCMOS器件和SOI器件的结构 80

3.2 LSI的制作工艺流程 82

3.2.1利用光刻形成接触孔和布线层的实例 82

3.2.2曝光，显影 84

3.2.3光刻工程发展梗概 86

3.2.4“负型”和“正型”光刻胶感光反应原理 88

3.2.5光刻工艺流程 90

3.2.6硅圆片清洗、氧化、绝缘膜生长——光刻 92

3.2.7绝缘膜区域刻蚀——栅氧化膜的形成 94

3.2.8栅电极多晶硅生长——向n沟道源-漏的离子注入 96

3.2.9向p沟道的光刻、硼离子注入——欧姆接触埋置 98

3.2.10第1层金属膜生长——电极焊盘形成 100

3.2.11铜布线的大马士革工艺 102

3.2.12如何发展我们的IC芯片制造产业 104

3.3 IC芯片制造工艺的分类和组合 106

3.3.1 IC芯片制造中的基本工艺 106

3.3.2 IC芯片制造中的复合工艺 108

3.3.3工艺过程的模块化 110

3.3.4基板工艺和布线工艺 112

书角茶桌 世界集成电路产业发展的领军人物 114

第4章 薄膜沉积和图形加工 120

4.1 DRAM元件和LSI元件中使用的各种薄膜 120

4.1.1元件结构及使用的各种薄膜 120

4.1.2 DRAM中电容结构的变迁 122

4.1.3 DRAM中的三维结构存储单元 124

4.1.4薄膜材料在集成电路中的应用 126

4.2 IC制作用的薄膜及薄膜沉积（1）——PVD法 128

4.2.1 VLSI制作中应用不同种类的薄膜 128

4.2.2多晶硅薄膜在集成电路中的应用 130

4.2.3 IC制程中常用的金属 132

4.2.4真空蒸镀 134

4.2.5离子溅射和溅射镀膜 136

4.3 IC制作用的薄膜及薄膜沉积（2）——CVD法 138

4.3.1用于VLSI制作的CVD法分类 138

4.3.2 CVD中主要的反应装置 140

4.3.3等离子体CVD （PCVD）过程中传输、反应和成膜的过程 142

4.3.4晶圆流程中的各种处理室方式 144

4.4 IC制作用的薄膜及薄膜沉积（3）——各种方法的比较 146

4.4.1各种成膜方法的比较 146

4.4.2热氧化膜的形成方法 148

4.4.3热氧化膜的形成过程 150

4.4.4用于VLSI的薄膜种类和制作方法 152

4.4.5用于VLSI制作的CVD法 154

4.5布线缺陷的改进和消除——Cu布线代替Al布线 156

4.5.1影响电子元器件寿命的大敌——电迁移 156

4.5.2断线和电路缺陷的形成原因以及预防、修补措施 158

4.5.3 Cu布线代替Al布线的理由 160

4.5.4用电镀法即可制作Cu布线 162

4.5.5铝用于IC芯片的优缺点 164

4.6曝光光源不断向短波长进展 166

4.6.1如何由薄膜加工成图形 166

4.6.2几种常用的光曝光方法 168

4.6.3光刻对周边技术的要求 170

4.6.4曝光波长的变迁及相关的技术保证 172

4.6.5光刻系统的发展及展望 174

4.7光学曝光技术 176

4.7.1图形曝光装置的分类及变迁 176

4.7.2光曝光方式 178

4.7.3近接曝光和缩小投影曝光 180

4.7.4曝光中的各种位相补偿措施 182

4.8电子束曝光和离子束曝光技术 184

4.8.1电子束曝光技术 184

4.8.2低能电子束近接曝光（LEEPL）技术 186

4.8.3软X射线缩小投影（EUV）曝光技术 188

4.8.4离子束曝光技术 190

4.9干法刻蚀替代湿法刻蚀 192

4.9.1刻蚀技术在VLSI制作中的应用 192

4.9.2干法刻蚀与湿法刻蚀的比较 194

4.9.3干法刻蚀装置的种类及刻蚀特征 196

4.9.4干法刻蚀（RIE模式）反应中所发生的现象 198

4.9.5高密度等离子体刻蚀装置 200

书角茶桌 世界芯片产业的十大领头企业 202

第5章 杂质掺杂——热扩散和离子注入 208

5.1集成电路制造中的热处理工艺 208

5.1.1 IC芯片制程中的热处理工艺（Hot Process） 208

5.1.2热氧化膜的形成技术 210

5.1.3至关重要的栅绝缘膜 212

5.2用于杂质掺杂的热扩散工艺 214

5.2.1 LSI制作中杂质导入的目的 214

5.2.2杂质掺杂中离子注入法与热扩散法的比较 216

5.2.3求解热扩散杂质的浓度分布 218

5.2.4热处理的目的——推进，平坦化，电气活性化 220

5.2.5硅中杂质元素的行为 222

5.3精准的杂质掺杂技术（1）——离子注入的原理 224

5.3.1离子注入原理 224

5.3.2离子注入装置 226

5.3.3低能离子注入和高速退火 228

5.3.4离子注入的浓度分布 230

5.4精准的杂质掺杂技术（2）——离子注入的应用 232

5.4.1标准的MOS三极管中离子注入的部位 232

5.4.2基本的阱构造及倒梯度阱构造 234

5.4.3单阱形成 236

5.4.4双阱形成 238

5.4.5离子注入在CMOS中的应用 240

5.4.6离子注入用于浅结形成 242

书角茶桌 “核心技术是国之重器” 244

第6章 摩尔定律能否继续有效 246

6.1多层化布线已进入第4代 246

6.1.1多层化布线——适应微细化和高集成度的要求 246

6.1.2第1代和第2代多层化布线技术——逐层沉积和玻璃流平 248

6.1.3第3代多层化布线技术——导入CMP 250

6.1.4第4代多层化布线技术——导入大马士革工艺 252

6.2铜布线的单大马士革和双大马士革工艺 254

6.2.1 Cu大马士革布线逐渐代替Al布线 254

6.2.2大马士革工艺即中国的景泰蓝金属镶嵌工艺 256

6.2.3从Al布线+W柱塞到Cu双大马士革布线 258

6.2.4 Cu双大马士革布线结构及可能出现的问题 260

6.3摩尔定律能否继续有效？ 262

6.3.1半导体器件向巨大化和微细化发展的两个趋势 262

6.3.2芯片集成度不断沿摩尔定律轨迹前进 264

6.3.3“摩尔定律并非物理学定律”，“而是描述产业化的定律” 266

6.3.4“踮起脚来，跳起来摘苹果” 268

6.4新材料的导入——“制造材料者制造技术” 270

6.4.1多层布线层间膜，DRAM电容膜，Cu布线材料 270

6.4.2硅材料体系仍有潜力（1） 272

6.4.3硅材料体系仍有潜力（2） 274

6.4.4化合物半导体焕发活力 276

6.5如何实现器件的高性能？ 278

6.5.1整机对器件的高性能化要求越来越高 278

6.5.2器件的高性能化依赖于新工艺、新材料 280

6.5.3要同时从基板工艺和布线工艺入手 282

6.6从100nm到7nm——以材料和工艺的创新为支撑 284

6.6.1纯硅基MOS管和多晶硅／high-k基MOS管 284

6.6.2金属栅／high-k基MOS管和鳍式场效应晶体管（FinFET） 286

6.6.3 90nm——应变硅 288

6.6.4 45nm—— high-k绝缘层和金属栅极 290

6.6.5 22nm——鳍式场效应晶体管 292

6.6.6 7nm——EUV光刻和SiGe-Channel 294

书角茶桌 集聚最强的力量打好核心技术研发攻坚战 296

参考文献 297

作者简介 298