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目录 1

主要符号表 1

导论 1

1 集成电路技术的发展 1

2 集成电路制造 7

3 集成电路芯片加工工艺举例 13

11.2.1 可动离子电荷 18

参考文献 23

1.1 硅晶体结构的特点 24

1.1.1 晶胞 24

第一章 硅的晶体结构 24

1.1.2 原子密度 25

1.1.3 共价四面体 25

1.1.4 晶体内部的空隙 26

1.2.1 晶向 27

1.2 晶向、晶面和堆积模型 27

1.2.2 晶面 29

1.2.3 堆积模型 31

1.2.4 双层密排面 33

1.3.1 点缺陷 35

1.3 硅晶体中的缺陷 35

1.3.2 线缺陷 37

1.3.3 面缺陷 40

1.3.4 体缺陷 40

1.4 硅中杂质 40

1.5 杂质在硅晶体中的溶解度 45

参考文献 50

第二章 扩散 51

2.1 杂质扩散机构 51

2.1.1 间隙式扩散 51

12.1.1 GaAs晶体结构及特点 52

2.1.2 替位式扩散 53

2.2 扩散系数与扩散方程 55

2.2.1 扩散系数 55

2.2.2 扩散方程 58

2.3.1 恒定表面源扩散 60

2.3 扩散杂质的分布 60

12.3 杂质原子在GaAs晶体中的行为 62

2.3.2 有限表面源扩散 63

2.3.3 两步扩散 66

12.4.1 GaAsMESFET基本工作原理 69

2.4 影响杂质分布的其它因素 70

2.4.1 二维扩散 70

2.4.2 扩散系数与杂质浓度的关系 72

2.4.3 电场效应 75

2.4.4 发射区推进效应 76

2.5 常用杂质硼、磷和砷在硅中的性质 77

2.5.1 硼在硅中的性质 77

2.5.2 磷在硅中的性质 79

2.5.3 砷在硅中的性质 81

2.6.1 固态源扩散 84

2.6 扩散工艺 84

2.6.2 液态源扩散 86

2.6.3 气态源扩散 87

2.7.1 硼扩散 88

2.7 常用杂质的扩散方法 88

2.7.2 磷扩散 92

2.7.3 砷扩散 94

2.7.4 锑扩散 95

2.8 金在硅中的性质 95

2.8.1 金在硅中的固溶度 96

2.8.2 金在硅中的扩散机构及扩散系数 98

2.8.3 金扩散工艺 100

2.9.1 结深测量 101

2.9 结深和方块电阻的测量 101

2.9.2 扩散层电阻 103

2.9.3 方块电阻的测量 104

参考文献 107

第三章 离子注入 109

3.1 核碰撞和电子碰撞 111

3.1.3 约化能量和约化质量 112

3.1.1 核阻止本领 113

3.1.2 电子阻止本领 117

3.1.4 射程粗略计算 118

3.2 注入离子在无定形靶中的分布 120

3.2.1 纵向分布 120

3.2.2 横向效应 122

3.3 晶格损伤 126

3.3.1 级联碰撞 127

3.3.2 移位原子数目的估算 128

3.3.3 损伤区的分布 129

3.3.4 非晶层的形成 130

3.4 热退火 131

3.4.1 硅材料的热退火特性 132

3.4.2 硼的退火特性 133

3.4.3 磷的退火特性 135

3.4.4 热退火过程中的扩散效应 136

3.4.5 快速退火 137

3.5 离子注入技术在集成电路制造中的应用 139

3.5.1 对MOS晶体管阈值电压的控制 140

3.5.2 自对准金属栅结构 141

3.5.3 在CMOS结构中的应用 142

参考文献 144

第四章 外延 147

4.1 四氯化硅氢还原法外延 148

4.1.1 化学反应过程 148

4.1.2 影响生长速率的主要因素 151

4.2 外延层中杂质浓度的分布 154

4.2.1 掺杂原理 155

4.2.2 扩散效应 157

4.2.3 自掺杂效应 159

4.3.1 硅烷热分解法外延 162

4.3 硅烷热分解法外延，选择外延 162

4.3.2 选择外延 164

4.4 外延层的缺陷 165

4.4.1 表面缺陷 166

4.4.2 体内缺陷 167

4.4.3 隐埋图形的漂移和畸变 170

4.5.1 层错法 172

4.5 外延层厚度的测量 172

4.5.2 红外干涉法 174

4.6.1 三探针法 177

4.6 外延层电阻率的测量 177

4.6.2 扩展电阻法 179

参考文献 182

第五章 氧化 185

5.1 SiO2的结构及性质 185

5.1.1 结构 185

5.1.2 SiO2的主要性质 187

5.2.1 杂质在SiO2中的存在形式 189

5.2 SiO2的掩蔽作用 189

5.2.2 杂质在SiO2中的扩散系数 191

5.2.3 掩蔽层厚度的确定 192

5.3 硅的热氧化 195

5.3.1 干氧氧化 196

5.3.2 水汽氧化 197

5.3.3 湿氧氧化 198

5.4 热氧化生长动力学 198

5.5 决定氧化常数的各种因素 204

5.5.1 氧化剂分压 204

5.5.2 氧化温度 205

5.5.3 A、B值 207

5.6 影响氧化速率的其它因素 209

5.6.1 快速初始氧化阶段 209

5.6.2 硅表面晶向对氧化速率的影响 210

5.6.3 杂质对氧化速率的影响 213

5.7 热氧化过程中杂质的再分布 217

5.7.1 杂质的再分布 217

5.7.2 再分布对硅表面杂质浓度的影响 220

5.8 热氧化工艺的发展 222

5.8.1 薄层氧化工艺 222

5.8.2 高压热氧化 225

5.9.1 多晶硅薄膜氧化的特征 228

5.9 多晶硅薄膜的热氧化 228

5.9.2 晶粒间界的增强氧化和多晶硅薄膜氧化的应力模型 229

5.9.3 SiO2的粘滞流效应和多晶硅薄膜氧化特征阶段的消失 231

5.9.4 掺杂增强氧化 232

5.1 0 硅化物的氧化 234

5.1 0.1 硅化物的氧化机理 234

5.1 0.2 影响硅化物氧化的因素 240

5.1 1 椭偏法测量SiO2薄膜厚度 241

参考文献 245

6.1 化学汽相淀积设备 249

第六章 化学汽相淀积 249

6.2.1 复相生长薄膜的过程 254

6.2 化学汽相淀积动力学 254

6.2.2 Grove模型 256

6.2.3 边界层与质量转移系数 257

6.3 低压化学汽相淀积 261

6.4 化学汽相淀积氮化硅薄膜 263

6.4.1 低压化学汽相淀积氮化硅薄膜 264

6.4.2 等离子体增强化学汽相淀积氮化硅薄膜 267

6.4.3 化学汽相淀积氮化硅的性质 268

6.5 化学汽相淀积多晶硅薄膜 273

6.5.1 低压化学汽相淀积多晶硅动力学 273

6.5.2 多晶硅形貌和结构与淀积条件的关系 277

6.5.3 掺杂对多晶硅薄膜的影响 280

6.6 化学汽相淀积SiO2薄膜 284

6.6.1 低温化学汽相淀积SiO2薄膜 284

6.6.2 掺磷SiO2（PSG）的淀积 285

6.6.3 正硅酸乙脂〔Si(OC2H5)4,(TEOS)〕的热分解 288

6.6.4 化学汽相淀积的SiO2薄膜性质 290

参考文献 291

7.1 前言 293

第七章 光刻原理和技术 293

7.2 光刻工艺流程 295

7.2.1 涂胶 296

7.2.2 前烘 297

7.2.4 显影 300

7.2.3 曝光 300

7.2.5 坚膜 301

7.2.7 光刻胶 302

7.2.6 腐蚀、淀积和去胶 302

7.3 分辨率 303

7.4 灵敏度S 306

7.4.1 光化反应 307

7.4.2 光刻胶中光的吸收系数α 308

7.4.3 增感 311

7.4.4 影响灵敏度的一些因素 312

7.5 缺陷 314

7.5.1 用玻耳兹曼统计计算缺陷与成品率的关系 315

7.5.2 用玻色－爱因斯坦统计探讨缺陷和成品率的关系 315

7.5.3 缺陷与成品率关系的修正计算方法 317

7.5.4 缺陷的产生、控制与检测 319

7.6 紫外光曝光 323

7.6.1 接近式曝光 324

7.6.2 接触式曝光 328

7.6.3 投影光刻 328

7.6.4 光学传递函数（MTF） 330

7.7.1 X射线曝光系统 331

7.7 X射线曝光 331

7.7.2 图形的畸变 332

7.7.3 X射线曝光掩模 334

7.7.4 X射线光刻胶 335

7.7.5 X射线光源 336

7.8 电子束曝光 339

7.8.1 弹性散射 340

7.8.2 非弹性散射 341

7.8.3 邻近效应 342

7.9 小结 344

参考文献 345

8.1.1 VLSI对图形转移的要求 347

第八章 刻蚀 347

8.1 VLSI对图形转移的要求和刻蚀方法 347

8.1.2 湿法刻蚀 349

82等离子体的一般特性 351

8.1.3 干法刻蚀 351

8.2.1 气体电离和等离子体 351

8.2.2 等离子体的准电中性 353

8.2.3 等离子体中两种温度概念 354

8.2.4 等离子体的扩散 355

8.2.5 等离子体电势 356

8.2.6 直流辉光放电 357

8.2.7 射频辉光放电 359

8.3 等离子刻蚀 362

8.3.1 自由基对刻蚀的贡献 363

8.3.2 物理和化学的混合模型 363

8.4 刻蚀反应器结构 364

8.4.1 圆筒形反应器 364

8.4.2 平板型反应器 366

8.5 硅和二氧化硅的刻蚀 369

8.5.1 刻蚀气体 369

8.5.2 刻蚀条件与刻蚀速率的关系 371

8.5.3 Si/SiO2的刻蚀选择比 375

8.6 铝及其合金的刻蚀 378

8.6.1 刻蚀气体的选择 379

8.6.2 铝的氧化物的刻蚀 379

8.6.3 沾污对铝刻蚀的影响 381

8.7 难熔金属硅化物的刻蚀 386

8.8 小结 392

参考文献 393

第九章 多晶硅薄膜和难熔金属硅化物薄膜 395

9.1 多晶硅栅 396

9.1.1 多晶硅栅的自对准和它对器件工作频率的影响 396

9.1.2 多晶硅栅对MOS晶体管开启电压的影响 399

9.2 多晶硅电学性质 404

9.2.1 多晶硅电学特性 404

9.2.2 多晶硅薄膜的电导率理论 408

9.2.3 多晶硅薄膜的载流子迁移率理论 416

9.3 多晶硅互连的局限性和难熔金属硅化物的应用 417

9.3.1 多晶硅互连的局限性 417

9.3.2 难熔金属硅化物的应用 420

9.4.1 硅化物的淀积方法 422

9.4 溅射淀积的基本原理 422

9.4.2 直流溅射淀积的基本原理 425

9.4.3 射频（RF）溅射淀积 433

9.4.4 磁控溅射淀积 434

9.4.5 离子束溅射和反应溅射淀积 436

9.5 溅射淀积硅化物 438

9.5.1 纯金属和硅双靶共溅射淀积硅化物薄膜 438

9.5.2 化合物靶溅射淀积硅化物薄膜 441

9.6.1 硅化物的形成机制 443

9.6 硅化物的形成、组份和结构 443

9.6.2 硅化物形成的相序 445

9.6.3 硅化物的结构 447

9.7 硅化物的电学性质 454

9.7.1 硅化物的电导率 454

9.7.2 硅化物肖特基势垒 458

9.8 多晶硅／硅化物复合栅和互连 461

9.8.1 多晶硅／硅化物复合栅结构 462

9.8.2 复合栅中多晶硅／硅化物厚度比的考虑 462

参考文献 464

10.1 引论 468

第十章 金属化 468

10.2.1 真空蒸发淀积薄膜的物理过程 470

10.2 金属薄膜的真空淀积 470

10.2.2 真空蒸发设备 479

10.2.3 蒸发淀积薄膜的厚度分布 484

10.3.1 Al/Si接触中的几个物理现象 488

10.3 Al/Si接触和它的改进 488

10.3.2 Al/Si接触中的尖楔现象 491

10.3.3 Al/Si欧姆接触和肖特基接触 493

10.3.4 Al/Si接触的改进 496

10.4 电迁移现象 501

10.4.1 电迁移现象的物理机制 501

10.4.2 中值失效时间（MTF） 503

10.4.3 改进铝电迁移的方法 505

10.5 台阶覆盖 509

10.5.1 金属化中台阶覆盖问题 509

10.5.2 改善台阶覆盖的方法 511

参考文献 514

第十一章 钝化 517

11.1 引言 517

11.2 Si-SiO2系统中的电荷 518

11.2.2 界面态和界面陷阱电荷 523

11.2.3 SiO2中固定正电荷 529

11.2.4 SiO2中陷阱电荷 532

11.3 主要的钝化方法 534

11.3.1 含氯氧化 534

11.3.2 磷硅玻璃（PSG）钝化 543

11.3.3 Si3N4（或Al2O3）钝化膜 546

参考文献 547

第十二章 砷化镓集成电路工艺基础 550

12.1 晶体砷化镓材料 552

12.1.2 GaAs晶体的性质 554

12.1.3 GaAs晶体中的缺陷 556

12.2 GaAs晶体的能带结构和电学性质 557

12.2.1 能带结构 557

12.2.2 迁移率 558

12.2.3 负阻现象 560

12.3.1 Ⅰ族杂质在GaAs中的行为 563

12.3.2 Ⅱ族杂质在GaAs中的行为 564

12.3.3 Ⅳ族杂质在GaAs中的行为 564

12.3.4 Ⅵ族杂质在GaAs中的行为 565

12.3.5 过渡元素在GaAs中的行为 566

12.4 GaAsMESFET集成电路 568

12.4.2 GaAsMESFET集成电路制造工艺 574

12.5 GaAsMESFET集成电路的工艺特点 578

12.5.1 离子注入中的退火技术 578

12.5.2 精细光刻中的剥离工艺 581

125.3 MESFET肖特基结 582

12.5.4 欧姆接触 586

12.6 高电子迁移率晶体管（HEMT）集成电路工艺 590

12.6.1 分子束外延MBE 590

12.6.2 HEMTMESFET集成电路结构和工艺 592

12.7 异质结双极晶体管（HBT）集成电路工艺 594

参考文献 599

索引 602