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第1章 集成电路芯片制造工艺概述 1

1.1 集成电路概述 1

1.1.1 集成电路的概念 1

1.1.2 集成电路的分类 2

1.2 制造工艺技术在集成电路发展中的作用 2

1.2.1 集成电路发展简史 3

1.2.2 集成电路的发展规律 5

1.2.3 集成电路的发展展望 6

1.2.4 硅微电子技术发展的几个趋势 6

1.2.5 硅技术以外的半导体微电子技术发展方向 7

1.2.6 集成电路发展面临的问题 7

1.3 国内半导体工艺技术现状 7

1.4 集成电路芯片工艺基本技术 8

1.4.1 工艺制造中的核心步骤 8

1.4.2 窗口、图形的确定与掩模板的作用 9

1.4.3 主要工艺技术 11

思考题 16

第2章 氧化技术 17

2.1 SiO2的结构、性质及用途 17

2.1.1 SiO2的结构 17

2.1.2 SiO2的主要性质和作用 17

2.2 SiO2的掩蔽作用 18

2.2.1 杂质在SiO2中的存在形式 18

2.2.2 杂质在SiO2中的扩散系数 18

2.2.3 SiO2掩蔽层厚度的确定 19

2.3 高温氧化（热氧化） 19

2.4 热氧化过程 20

2.5 决定氧化速率常数的各种因素 23

2.5.1 氧化剂分压的影响 23

2.5.2 氧化温度的影响 23

2.5.3 硅表面晶向的影响 23

2.5.4 杂质的影响 24

2.6 热氧化过程中杂质的再分布 24

2.6.1 杂质的再分布 24

2.6.2 再分布对硅表面杂质浓度的影响 25

思考题 26

第3章 扩散技术 27

3.1 概述 27

3.2 扩散机构 29

3.2.1 间隙式扩散 29

3.2.2 替位式扩散 29

3.3 半导体中杂质原子扩散的浓度分布 30

3.4 常用杂质的扩散方法 34

3.4.1 硼扩散 34

3.4.2 磷扩散 34

3.4.3 砷扩散 35

3.4.4 锑扩散 36

3.4.5 金扩散 36

3.5 杂质扩散后结深和方块电阻的测量 37

3.5.1 结深的测量 37

3.5.2 扩散层电阻 38

3.5.3 方块电阻的测量 39

思考题 39

第4章 光刻技术 41

4.1 概述 41

4.1.1 光刻的基本要求 41

4.1.2 光刻的工艺流程 42

4.2 光刻胶及其特性 44

4.2.1 光刻胶的类型及感光机理 44

4.2.2 光刻胶的性能 45

4.3 光刻技术 47

思考题 51

第5章 刻蚀 53

5.1 VLSI对图形转移的要求和刻蚀方法 53

5.1.1 VLSI对图形转移的要求 53

5.1.2 刻蚀方法 54

5.2 等离子刻蚀 55

5.2.1 等离子体刻蚀原理 55

5.2.2 等离子刻蚀装置 56

5.2.3 等离子刻蚀的性能 56

5.3 反应离子刻蚀（RIE）与离子束刻蚀 57

思考题 58

第6章 离子注入 59

6.1 离子注入设备 59

6.2 注入离子的浓度分布与退火 60

6.2.1 注入离子浓度分布 61

6.2.2 晶格损伤和退火 62

6.3 离子注入的特点和应用 62

6.3.1 离子注入的特点 62

6.3.2 离子注入的应用 63

思考题 63

第7章 化学气相淀积 64

7.1 化学气相淀积的化学过程及薄膜分类 64

7.1.1 化学气相淀积的过程 64

7.1.2 化学气相淀积的薄膜分类及工艺特点 65

7.2 化学气相淀积生长动力学 65

7.2.1 薄膜生长过程 65

7.2.2 化学气相淀积模型 65

7.2.3 衬底表面气体边界层厚度δ（附面层）与hG的关系 66

7.3 化学气相淀积系统 66

7.3.1 APCVD工艺 68

7.3.2 LPCVD工艺 69

7.3.3 PECVD工艺（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition） 72

思考题 73

第8章 金属化 74

8.1 概述 74

8.1.1 金属化工艺的作用 74

8.1.2 集成电路对金属化系统的要求 74

8.1.3 金属-半导体接触 74

8.2 金属化薄膜的制备 75

8.2.1 真空蒸发 75

8.2.2 溅射 77

8.2.3 其他淀积技术 78

8.3 金属化互连技术 79

8.3.1 金属化系统 79

8.3.2 常用金属化系统及其特点 80

8.3.3 金属化互连系统中的失效及改进措施 82

思考题 83

第9章 表面钝化 84

9.1 概述 84

9.1.1 介质膜（绝缘膜）的作用 84

9.1.2 介质膜的一般要求 84

9.1.3 介质膜的种类 85

9.2 Si-SiO2系统 85

9.2.1 Si-SiO2系统中的电荷 85

9.2.2 Si-SiO2系统中的电荷对器件性能的影响 87

9.2.3 Si-SiO2结构性质的测试分析 88

9.3 主要的钝化方法 89

9.3.1 含氯氧化 89

9.3.2 磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG）钝化 90

9.3.3 氮化硅（Si3N4）钝化膜 91

9.3.4 氧化铝（Al2O3）钝化膜 91

9.3.5 聚酰亚胺（PI）钝化膜 92

9.4 钝化膜结构 93

9.4.1 双层结构 93

9.4.2 多层钝化结构 94

思考题 94

第10章 电学隔离技术 96

10.1 二极管的结构 97

10.2 双极型晶体管的结构 97

10.3 MOS场效应管的结构 99

10.3.1 场氧化层的作用 99

10.3.2 CMOS电路的结构 101

10.4 电阻的结构 101

10.5 电容的结构 102

10.6 接触孔、通孔和连线 102

思考题 103

第11章 集成电路制造工艺流程 104

11.1 典型的双极集成电路工艺 104

11.2 CMOS集成电路工艺 107

11.3 0.13 μm/0.18 μmCMOS工艺流程改进 109

思考题 111

第12章 缺陷控制 112

12.1 缺陷的概述 112

12.1.1 缺陷的定义 112

12.1.2 缺陷的分类 112

12.1.3 缺陷的来源 113

12.1.4 缺陷的危害 114

12.2 缺陷的检测 114

12.2.1 检测原理 114

12.2.2 检测机台 116

12.2.3 缺陷来源的调查方法 118

12.3 缺陷的控制方法及成品率提升 120

12.3.1 缺陷的控制方法 120

12.3.2 缺陷的改善与成品率的提升 121

12.4 洁净室 122

思考题 124

第13章 真空与设备 125

13.1 引言 125

13.2 真空 126

13.2.1 真空范围 126

13.2.2 平均自由程 127

13.3 真空泵 128

13.3.1 初级泵 128

13.3.2 高级真空泵 129

13.3.3 集成工具中的真空 130

13.4 工艺腔内的气流 131

13.5 残余气体分析器 132

13.5.1 RGA基础 132

13.5.2 实时监控的RGA 133

13.6 等离子体 133

13.7 工艺腔的沾污 136

思考题 137

附录一 芯片制造材料 138

第A1章 硅材料基础知识 138

A1.1 硅的性质 138

A1.2 晶体基础知识 139

A1.3 掺杂半导体的导电性 144

第A2章 硅材料的制备 146

A2.1 多晶硅的制备 146

A2.1.1 冶金级硅材料的制备 146

A2.1.2 高纯度多晶硅的制备 146

A2.2 单晶硅的制备 147

A2.2.1 晶体生长的概念 147

A2.2.2 单晶硅的生产方法 148

A2.2.3 单晶硅的性能测试 150

A2.3 硅片的生产 151

思考题 155

附录二 Fab厂常用术语的中英文对照 156

参考文献 160