半导体制造技术导论 第2版PDF电子书下载

第1章 导论 1

1.1 集成电路发展历史 2

1.1.1 世界上第一个晶体管 2

1.1.2 世界上第一个集成电路芯片 3

1.1.3 摩尔定律 5

1.1.4 图形尺寸和晶圆尺寸 6

1.1.5 集成电路发展节点 7

1.1.6 摩尔定律或超摩尔定律 8

1.2 集成电路发展回顾 8

1.2.1 材料制备 8

1.2.2 半导体工艺设备 8

1.2.3 测量和测试工具 9

1.2.4 晶圆生产 9

1.2.5 电路设计 9

1.2.6 光刻版的制造 11

1.2.7 晶圆制造 13

1.3 小结 14

1.4 参考文献 14

1.5 习题 14

第2章 集成电路工艺介绍 15

2.1 集成电路工艺简介 15

2.2 集成电路的成品率 16

2.2.1 成品率的定义 16

2.2.2 成品率和利润 16

2.2.3 缺陷和成品率 18

2.3 无尘室技术 18

2.3.1 无尘室 19

2.3.2 污染物控制和成品率 19

2.3.3 无尘室的基本结构 21

2.3.4 无尘室的无尘衣穿着程序 22

2.3.5 无尘室协议规范 23

2.4 集成电路工艺间基本结构 24

2.4.1 晶圆的制造区 24

2.4.2 设备区 30

2.4.3 辅助区 30

2.5 集成电路测试与封装 31

2.5.1 晶粒测试 31

2.5.2 芯片的封装 32

2.5.3 最终的测试 35

2.5.4 3D封装技术 35

2.6 集成电路未来发展趋势 37

2.7 小结 37

2.8 参考文献 38

2.9 习题 38

第3章 半导体基础 39

3.1 半导体基本概念 39

3.1.1 能带间隙 40

3.1.2 晶体结构 41

3.1.3 掺杂半导体 41

3.1.4 掺杂物浓度和电导率 42

3.1.5 半导体材料概要 42

3.2 半导体基本元器件 43

3.2.1 电阻 43

3.2.2 电容 44

3.2.3 二极管 46

3.2.4 双载流子晶体管 47

3.2.5 MOSFET 48

3.3 集成电路芯片 50

3.3.1 存储器 50

3.3.2 微处理器 53

3.3.3 专用集成电路（ASIC） 53

3.4 集成电路基本工艺 53

3.4.1 双载流子晶体管制造过程 54

3.4.2 P型MOS工艺（20世纪60年代技术） 55

3.4.3 N型MOS工艺（20世纪70年代技术） 57

3.5 互补型金属氧化物晶体管 59

3.5.1 CMOS电路 59

3.5.2 CMOS工艺（20世纪80年代技术） 59

3.5.3 CMOS工艺（20世纪90年代技术） 61

3.6 2000年后半导体工艺发展趋势 62

3.7 小结 64

3.8 参考文献 64

3.9 习题 65

第4章 晶圆制造 66

4.1 简介 66

4.2 为什么使用硅材料 67

4.3 晶体结构与缺陷 68

4.3.1 晶体的晶向 68

4.3.2 晶体的缺陷 69

4.4 晶圆生产技术 70

4.4.1 天然的硅材料 70

4.4.2 硅材料的提纯 70

4.4.3 晶体的提拉工艺 71

4.4.4 晶圆的形成 73

4.4.5 晶圆的完成 74

4.5 外延硅生长技术 75

4.5.1 气相外延 76

4.5.2 外延层的生长过程 77

4.5.3 硅外延生长的硬件设备 78

4.5.4 外延生长工艺 79

4.5.5 外延工艺的发展趋势 80

4.5.6 选择性外延 80

4.6 衬底工程 81

4.6.1 绝缘体上硅（Silicon-on-Insulator,SOI） 81

4.6.2 混合晶向技术（HOT） 82

4.6.3 应变硅 83

4.6.4 绝缘体上应变硅（Strained Silicon on Insulator,SSOI） 84

4.6.5 IC技术中的应变硅 84

4.7 小结 85

4.8 参考文献 85

4.9 习题 86

第5章 加热工艺 87

5.1 简介 87

5.2 加热工艺的硬件设备 88

5.2.1 简介 88

5.2.2 控制系统 88

5.2.3 气体输送系统 89

5.2.4 装载系统 89

5.2.5 排放系统 89

5.2.6 炉管 90

5.3 氧化工艺 90

5.3.1 氧化工艺的应用 92

5.3.2 氧化前的清洗工艺 94

5.3.3 氧化生长速率 95

5.3.4 干氧氧化工艺 97

5.3.5 湿氧氧化工艺 99

5.3.6 高压氧化工艺 101

5.3.7 氧化层测量技术 101

5.3.8 氧化工艺的发展趋势 104

5.4 扩散工艺 104

5.4.1 沉积和驱入过程 106

5.4.2 掺杂工艺中的测量 107

5.5 退火过程 108

5.5.1 离子注入后退火 108

5.5.2 合金化热处理 108

5.5.3 再流动过程 110

5.6 高温化学气相沉积 110

5.6.1 外延硅沉积 110

5.6.2 选择性外延工艺 111

5.6.3 多晶硅沉积 111

5.6.4 氮化硅沉积 114

5.7 快速加热工艺（RTP）系统 116

5.7.1 快速加热退火（RTA）系统 117

5.7.2 快速加热氧化（RTO） 119

5.7.3 快速加热CVD 120

5.8 加热工艺发展趋势 121

5.9 小结 122

5.1 0参考文献 123

5.1 1习题 123

第6章 光刻工艺 125

6.1 简介 125

6.2 光刻胶 126

6.3 光刻工艺 129

6.3.1 晶圆清洗 129

6.3.2 预处理过程 131

6.3.3 光刻胶涂敷 132

6.3.4 软烘烤 134

6.3.5 对准与曝光 135

6.3.6 曝光后烘烤 140

6.3.7 显影工艺 141

6.3.8 硬烘烤工艺 143

6.3.9 图形检测 143

6.3.1 0晶圆轨道-步进机配套系统 147

6.4 光刻技术的发展趋势 147

6.4.1 分辨率与景深（DOF） 147

6.4.2 I线和深紫外线 149

6.4.3 分辨率增强技术 150

6.4.4 浸入式光刻技术 154

6.4.5 双重、三重和多重图形化技术 154

6.4.6 极紫外线（EUV）光刻技术 157

6.4.7 纳米压印 159

6.4.8 X光光刻技术 159

6.4.9 电子束光刻系统 160

6.4.10 离子束光刻系统 161

6.5 安全性 161

6.6 小结 162

6.7 参考文献 163

6.8 习题 164

第7章 等离子体工艺 165

7.1 简介 165

7.2 等离子体基本概念 165

7.2.1 等离子体的成分 165

7.2.2 等离子体的产生 166

7.3 等离子体中的碰撞 167

7.3.1 离子化碰撞 167

7.3.2 激发-松弛碰撞 167

7.3.3 分解碰撞 168

7.3.4 其他碰撞 169

7.4 等离子体参数 170

7.4.1 平均自由程 170

7.4.2 热速度 171

7.4.3 磁场中的带电粒子 172

7.4.4 玻尔兹曼分布 173

7.5 离子轰击 173

7.6 直流偏压 174

7.7 等离子体工艺优点 177

7.7.1 CVD工艺中的等离子体 177

7.7.2 等离子体刻蚀 179

7.7.3 溅镀沉积 179

7.8 等离子体增强化学气相沉积及等离子体刻蚀反应器 179

7.8.1 工艺的差异性 179

7.8.2 CVD反应室设计 180

7.8.3 刻蚀反应室的设计 180

7.9 遥控等离子体工艺 181

7.9.1 去光刻胶 181

7.9.2 遥控等离子体刻蚀 182

7.9.3 遥控等离子体清洁 182

7.9.4 遥控等离子体CVD（RPCVD） 183

7.10 高密度等离子体工艺 183

7.10.1 感应耦合型等离子体（ICP） 183

7.10.2 电子回旋共振 184

7.11 小结 185

7.12 参考文献 185

7.13 习题 185

第8章 离子注入工艺 186

8.1 简介 186

8.1.1 离子注入技术发展史 186

8.1.2 离子注入技术的优点 188

8.1.3 离子注入技术的应用 189

8.2 离子注入技术简介 192

8.2.1 阻滞机制 192

8.2.2 离子射程 192

8.2.3 通道效应 193

8.2.4 损伤与热退火 195

8.3 离子注入技术硬件设备 197

8.3.1 气体系统 197

8.3.2 电机系统 198

8.3.3 真空系统 198

8.3.4 控制系统 198

8.3.5 射线系统 198

8.4 离子注入工艺过程 203

8.4.1 离子注入在元器件中的应用 204

8.4.2 离子注入技术的其他应用 207

8.4.3 离子注入的基本问题 209

8.4.4 离子注入工艺评估 211

8.5 安全性 213

8.5.1 化学危险源 213

8.5.2 电机危险源 214

8.5.3 辐射危险源 214

8.5.4 机械危险源 214

8.6 离子注入技术发展趋势 215

8.7 小结 215

8.8 参考文献 216

8.9 习题 217

第9章 刻蚀工艺 218

9.1 刻蚀工艺简介 218

9.2 刻蚀工艺基础 220

9.2.1 刻蚀速率 220

9.2.2 刻蚀的均匀性 220

9.2.3 刻蚀选择性 221

9.2.4 刻蚀轮廓 221

9.2.5 负载效应 222

9.2.6 过刻蚀效应 222

9.2.7 刻蚀残余物 223

9.3 湿法刻蚀工艺 224

9.3.1 简介 224

9.3.2 氧化物湿法刻蚀 225

9.3.3 硅刻蚀 225

9.3.4 氮化物刻蚀 226

9.3.5 金属刻蚀 227

9.4 等离子体（干法）刻蚀工艺 227

9.4.1 等离子体刻蚀简介 227

9.4.2 等离子体刻蚀基本概念 228

9.4.3 纯化学刻蚀、纯物理刻蚀及反应式离子刻蚀 228

9.4.4 刻蚀工艺原理 230

9.4.5 等离子体刻蚀反应室 231

9.4.6 刻蚀终点 234

9.5 等离子体刻蚀工艺 235

9.5.1 电介质刻蚀 235

9.5.2 单晶硅刻蚀 240

9.5.3 多晶硅刻蚀 244

9.5.4 金属刻蚀 247

9.5.5 去光刻胶 248

9.5.6 干法化学刻蚀 248

9.5.7 整面干法刻蚀 249

9.5.8 等离子体刻蚀的安全性 249

9.6 刻蚀工艺发展趋势 250

9.7 刻蚀工艺未来发展趋势 251

9.8 小结 252

9.9 参考文献 252

9.1 0习题 253

第10章 化学气相沉积与电介质薄膜 254

10.1 简介 254

10.2 化学气相沉积 256

10.2.1 CVD技术说明 256

10.2.2 CVD反应器的类型 258

10.2.3 CVD基本原理 259

10.2.4 表面吸附 263

10.2.5 CVD动力学 266

10.3 电介质薄膜的应用 268

10.3.1 浅沟槽绝缘（ST1） 268

10.3.2 侧壁间隔层 269

10.3.3 ILD0 269

10.3.4 ILD1 271

10.3.5 钝化保护电介质层（PD） 273

10.4 电介质薄膜特性 273

10.4.1 折射率 273

10.4.2 薄膜厚度 275

10.4.3 薄膜应力 279

10.5 电介质CVD工艺 281

10.5.1 硅烷加热CVD工艺 281

10.5.2 加热TEOS CVD工艺 281

10.5.3 PECVD硅烷工艺 281

10.5.4 PECVD TEOS工艺 284

10.5.5 电介质回刻蚀工艺 285

10.5.6 O3-TEOS工艺 287

10.6 旋涂硅玻璃 290

10.7 高密度等离子体CVD（HDP-CVD） 290

10.8 电介质CVD反应室清洁 292

10.8.1 RF等离子体清洁 292

10.8.2 遥控等离子体清洁 294

10.9 工艺发展趋势与故障排除 295

10.9.1 硅烷PECVD工艺的发展趋势 295

10.9.2 PE-TEOS发展趋势 296

10.9.3 O3-TEOS发展趋势 297

10.9.4 故障解决方法 298

10.10 化学气相沉积工艺发展趋势 299

10.10.1 低k电介质 300

10.10.2 空气间隙 300

10.10.3 原子层沉积（ALD） 301

10.10.4 高k电介质材料 302

10.11 小结 304

10.12 参考文献 305

10.13 习题 306

第11章 金属化工艺 307

11.1 简介 307

11.2 导电薄膜 309

11.2.1 多晶硅 309

11.2.2 硅化物 309

11.2.3 铝 310

11.2.4 钛 311

11.2.5 氮化钛 312

11.2.6 钨 314

11.2.7 铜 315

11.2.8 钽 316

11.2.9 钴 317

11.2.1 0镍 317

11.3 金属薄膜特性 318

11.3.1 金属薄膜厚度 318

11.3.2 薄膜厚度的均匀性 321

11.3.3 应力 321

11.3.4 反射系数 322

11.3.5 薄片电阻 322

11.4 金属化学气相沉积 324

11.4.1 简介 324

11.4.2 钨CVD 325

11.4.3 硅化钨CVD 327

11.4.4 钛CVD 328

11.4.5 氮化钛CVD 328

11.4.6 铝CVD 329

11.5 物理气相沉积 330

11.5.1 简介 330

11.5.2 蒸发工艺 330

11.5.3 溅镀 331

11.5.4 金属化工艺过程 334

11.6 铜金属化工艺 338

11.6.1 预清洗 338

11.6.2 阻挡层 339

11.6.3 铜籽晶层 339

11.6.4 铜化学电镀法（ECP） 340

11.6.5 铜CVD工艺 341

11.7 安全性 342

11.8 小结 342

11.9 参考文献 343

11.1 0习题 343

第12章 化学机械研磨工艺 345

12.1 简介 345

12.1.1 CMP技术的发展 345

12.1.2 平坦化定义 347

12.1.3 其他平坦化技术 347

12.1.4 CMP技术的必要性 350

12.1.5 CMP技术优点 351

12.1.6 CMP技术应用 352

12.2 CMP硬件设备 354

12.2.1 简介 354

12.2.2 研磨衬垫 354

12.2.3 研磨头 355

12.2.4 垫片调整器 356

12.3 CMP研磨浆 356

12.3.1 氧化物研磨浆 356

12.3.2 金属研磨用研磨浆 358

12.3.3 钨研磨浆 358

12.3.4 铝与铜研磨浆 359

12.4 CMP基本理论 359

12.4.1 移除速率 359

12.4.2 均匀性 360

12.4.3 选择性 360

12.4.4 缺陷 361

12.5 CMP工艺过程 364

12.5.1 氧化物CMP过程 364

12.5.2 钨CMP过程 365

12.5.3 铜CMP过程 366

12.5.4 CMP终端监测 367

12.5.5 CMP后清洗工艺 368

12.5.6 CMP工艺问题 369

12.6 CMP工艺发展趋势 370

12.7 小结 371

12.8 参考文献 372

12.9 习题 373

第13章 半导体工艺整合 374

13.1 简介 374

13.2 晶圆准备 375

13.3 隔离技术 376

13.3.1 整面全区覆盖氧化层 376

13.3.2 LOCOS 376

13.3.3 STI 378

13.3.4 自对准STI 380

13.4 阱区形成 381

13.4.1 单阱 381

13.4.2 自对准双阱 381

13.4.3 双阱 382

13.5 晶体管制造 383

13.5.1 金属栅工艺 383

13.5.2 自对准栅工艺 383

13.5.3 低掺杂漏极（LDD） 384

13.5.4 阈值电压调整工艺 385

13.5.5 抗穿通工艺 385

13.6 金属高k栅MOS 386

13.6.1 先栅工艺 386

13.6.2 后栅工艺 387

13.6.3 混合型HKMG 389

13.7 互连技术 389

13.7.1 局部互连 390

13.7.2 早期的互连技术 391

13.7.3 铝合金多层互连 392

13.7.4 铜互连 393

13.7.5 铜和低k电介质 395

13.8 钝化 397

13.9 小结 398

13.1 0参考文献 398

13.1 1习题 398

第14章 IC工艺技术 399

14.1 简介 399

14.2 20世纪80年代CMOS工艺流程 399

14.3 20世纪90年代CMOS工艺流程 402

14.3.1 晶圆制备 402

14.3.2 浅槽隔离 402

14.3.3 阱区形成 403

14.3.4 晶体管形成 404

14.3.5 局部互连 407

14.3.6 钝化和连接垫区 412

14.3.7 评论 413

14.4 2000～2010年CMOS工艺流程 414

14.5 20世纪10年代CMOS工艺流程 429

14.6 内存芯片制造工艺 439

14.6.1 DRAM工艺流程 439

14.6.2 堆叠式DRAM工艺流程 440

14.6.3 NAND闪存工艺 445

14.7 小结 452

14.8 参考文献 453

14.9 习题 454

第15章 半导体工艺发展趋势和总结 455

15.1 参考文献 459