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目录 1

第一章 概论 1

1.1半导体工业 1

1.2平面工艺 1

1.3器件制造工艺 1

图1-1增长预测 2

图1-2NMOS工艺流程剖面示意图 5

1.3.1栅长L=2～3μm，氧化物绝缘的硅栅NMOS工艺流程（参阅图1-2） 5

图1-3CMOS工艺流程剖面示意图 11

1.3.2氧化物绝缘硅栅CMOS工艺流程（参看图1-3） 12

图1-4典型TTL工艺流程剖面示意图 15

1.3.3低功耗肖特基TTL典型工艺流程 16

第二章 半导体物理基础 19

2.1键模型 19

2.2能带模型 21

2.3本征载流子浓度 22

2.4费米能级 23

2.5.1热运动 24

2.5.2漂移 24

2.5.3电子及空穴的迁移率 24

2.5电子及空穴的传输 24

2.6寿命 25

2.7介电特性 25

2.8硅电阻率的计算 26

习题 26

表2-1硅、锗、砷化镓和二氧化硅的性质（室温） 27

习题答案 27

元素周期表 28

图SP-1电阻率和杂质浓度的关系曲线 29

图SP-2本征载流子浓度与温度的关系曲线 30

图SP-3载流子浓度的诺模图（算图） 31

图SP-4费米势和掺杂浓度的关系曲线 32

图SP-5漂移速度和电场强度的关系曲线 33

图SP-6迁移率和杂质浓度的关系曲线 34

图SP-7杂质原子在硅中的能级［6,7］ 35

图SP-8单位面积的电容（以硅、二氧化硅和氮化硅作介质） 36

第三章 硅材料 37

3.1生产多晶硅 37

3.1.1粗硅 37

3.1.2提纯 37

3.2晶体生长 38

3.2.1直拉法生产单晶 38

3.2.2悬浮区熔法生长单晶 40

3.3.2大圆片的制造 41

3.3.3大圆片的晶向 41

3.3制造大圆片 41

3.3.1大圆片的尺寸 41

3.3.4边缘倒角 43

3.3.5背面损伤层 45

3.3.6大圆片的标记 45

表3-1硅的染色腐蚀 45

4.1.1氧化工艺和方法 47

第四章 氧化 47

4.1热氧化 47

4.1.2硅的氧化——一种表面反应 49

4.1.3杂质分布 52

4.1.4反应速率 52

4.1.5掩蔽氧化 53

4.1.6一种Si-SiO2界面机构图 54

4.1.7二氧化硅的性质及其测量方法 55

4.1.8氧化层台阶高度的测定 56

4.2等离子氧化 57

习题 58

习题答案 59

图OX-1在干氧中的氧化速率 61

图OX-2在合成水气中的氧化速率 62

图OX-3采用HCl的硅的热氧化 63

图OX-4热氧化期间硼的再分布 64

图OX-5热氧化期间磷的再分布 65

图OX-6Si3N4在水气中的氧化 66

图OX-7二氧化硅膜的色谱 67

图OX-8氧化层台阶高度计算表 68

第五章 光刻 69

5.1前言 69

5.2光刻胶 69

5.2.1正胶 69

5.2.2负胶 70

5.3光刻版和光刻机 70

5.4光刻工艺 71

5.5干法等离子体腐蚀 74

第六章 扩散 77

6.1工艺流程 77

6.2扩散分布的测定 79

6.2.1预淀积 79

6.2.3热循环的积累效应 81

6.2.2再扩散 81

6.2.4外延层的扩散分布 82

6.2.5扩散结果的评价方法 82

6.2.5其它杂质在硅和二氧化硅中的扩散系数 85

6.2.7扩散例题 85

习题 87

习题答案 89

图DIF-1杂质在硅中的固溶度 91

图DIF-2替位式杂质在硅中的扩散系数［2,3］ 92

图DIF-3归一化余误差函数图 93

图DIF-4掩蔽磷预淀积所需要的氧化层厚度 94

图DIF-5掩蔽硼预淀积所需要的氧化层厚度 95

图DIF-6归一化高斯分布图 96

图DIF-7外延层中的杂质分布 97

图DIF-8杂质在硅中的扩散系数 98

图DIF-9杂质在二氧化硅中的扩散系数 99

7.1.1杂质源 100

7.1.2剂显控制 100

7.1离子注入工艺 100

第七章 离子注入 100

7.1.3分布控制 103

7.1.4低温工艺 104

7.1.5均匀性 105

7.1.6高产额 105

7.1.7离子注入工艺的几个重要实际问题 105

7.2.1注入分布的计算 106

7.2根据图表计算注入分布 106

图Ⅱ-5氮化硅中射程标准偏差 107

7.2.2求注入硅中的离子数Q 109

7.2.3举例计算注入分布 109

习题 111

图11-1硅及二氧化硅中的离子注入［1］ 113

图11-2掩蔽膜所需厚度（透过＜0.0001％）［1,2］ 114

图Ⅱ-3硅及二氧化硅中射程标准偏差 115

图Ⅱ-4氮化硅中的离子注入［1］ 116

8.1前言 118

第八章 化学汽相淀积（CVD） 118

8.2化学汽相淀积设备和淀积工艺 119

8.2.1常压反应器 119

8.2.2气相过程和表面过程 120

8.2.3低压系统 121

8.3淀积薄膜的性质 123

8.4硅的外延 124

8.4.1成核和缺陷 124

8.4.2外延气体 124

8.4.3外延掺杂 125

8.4.4外延层签定 126

8.5多晶硅 127

8.5.1淀积 127

8.5.2性质 127

8.6淀积绝缘材料 128

8.6.1氮化硅 129

8.6.2二氧化硅 129

8.7等离子增强化学汽相淀积 130

8.7.1机构 130

8.7.3等离子体氮化硅 131

8.7.2等离子体反应器 131

8.7.4等离子体氧化硅 132

8.7.5等离子体多晶硅 133

8.8总结 133

图CVD-1化学汽相淀积氧化层中磷含量的控制［1］ 134

9.1.1欧姆接触 135

9.1.2接触电阻 135

9.1对互连金属化的要求 135

第九章 金属化 135

9.1.3通路电阻 136

9.1.4电导率 136

9.1.5稳定性 136

9.1.6粘附性 136

917可掩蔽性 136

9.1.8抗腐蚀性 138

9.1.9可焊性 138

9.1.10电迁移 138

9.1.12淀积的相容性 139

9.1.11台阶覆盖 139

9.2铝以外的金属化 140

习题 141

图MET-1铝对p型硅的接触电阻［1］ 142

图MET-2铝对N型硅的接触电阻［1,2］ 143

图MET-3铝硅相图［4］ 144

图MET-4硅金相图［4］ 145

第十章 SUPREM程序 146

10.1SUPREM语言 146

10.4图示技术 147

10.2SUPREM控制语句 147

10.3SUPREM的潜在能力 147

图10-2SUPREM模拟氧化过程中杂质的再分布 148

图10-3SUPREM模拟通过氧化层的离子注入过程 150

图10-4SUPREM模拟计算阈电压 154

第十一章 结 156

11.1二极管特性 156

11.1.2线性缓变结 157

11.1.1单边突变结 157

11.1.3高电平注入 160

11.2P-N结反向击穿电压 161

11.3二极管结例题 161

习题 162

图JN-1硅平面单边突变结的击穿电压［1］ 163

图JN-2平面二极管的穿通击穿电压［2］ 164

图JN-3单边突变结的诺模图 165

图JN-4线性缓变结的诺模图 166

图JN-5扩散结的耗尽层宽度［3］ 167

第十二章 MOS场效应管 168

12.1电容器工作原理 168

12.2MOS电容器能带图 169

12.3MOS器件 169

12.3.1阈值电压 169

12.3.2NMOS和PMOS器件 169

12.3.5MOSFET特性 171

12.3.4增强型和耗尽型器件 171

12.3.3CMOS器件 171

12.3.6器件增益——跨导 173

12.3.7MOSFET速度 173

12.3.8阈值电压VT的决定方法 174

12.3.9电容－电压（C-V）分析 176

12.3.10集成MOS器件 179

12.3.11动态存储单元 180

12.3.12α粒子感应的软性故障［14,15,16］ 180

12.3.14MOS工艺的成比例缩小技术［20,21］ 182

12.3.13热电子［17］ 182

12.3.15其它MOS技术 183

习题 183

习题答案 185

图MOS-1费米势和基底浓度的关系 187

图MOS-2经各种热处理后的氧化层固定电荷［2,3］ 188

图MOS-3半导体表面强反型时耗尽区宽度和耗尽区内的电荷与掺杂浓度的关系 189

图MOS-4电荷与电压换算关系（对一定厚度的SiO2） 190

图MOS-5各种栅电极的功函数фMS和硅掺杂浓度的关系 191

图MOS-6MOS晶体管栅源阈电压随不同衬底偏置的变化 192

图MOS-7平带电容 193

图MOS-8不同氧化层厚度tox时平带电容和最小电容的关系 194

图MOS-9反型层内电子、空穴的迁移率和半导体内或表面场区中感应的单位面积 195

总电荷的函数关系 195

图MOS-10反型层中少数载流子电荷数 196

第十三章 双极型器件 197

13.1双极晶体管 197

13.2双极晶体管的工作状态 199

13.3正常工作的双极晶体管 201

13.3.1发射极电流的组成 201

13.3.2共发射极电流增益 202

13.3.3集电极饱和电压VCES 203

13.3.4电流增益的图解确定 203

13.4双极晶体管的电压极限值 203

13.5饱和电阻的确定 204

13.6晶体管增益随集电极电流的变化 206

13.7双极晶体管的开关特性 207

13.8双极晶体管的极限值 208

13.9肖特基势垒二极管 210

13.10肖特基二极管特性 211

13.10.1二极管自建电压 211

13.10.2存贮时间 212

13.11肖特基二极管在双极电路中的应用 212

13.12双极例题 213

习题 215

习题答案 216

图BP-1BVECEO和电流放大系数的关系［1］ 218

第十四章 质量控制与可靠性 219

14.1质量控制 219

14.1.1统计的质量管理 219

14.1.2统计现象 219

14.1.3提高对管理图的信赖 220

14.1.4统计管理图 220

14.1.5管理图的图案控制 221

14.2.1加速寿命试验 223

14.2可靠性 223

14.1.6工序能力研究 223

14.1.7质量控制最重要的方面是采取改进措施（可以认为QC=QuickCorrectiveAction） 223

14.2.2可靠性鉴定 224

14.2.3电老化（Burn-in） 225

14.2.4失效分析 225

习题 225

习题答案 226

图QCR-1X-R管理图 230

图QCR-2Arrhenius图（图中直线EA=1.0eV） 231

图QCR-3对数正态分布 232

图QCR-4Goldthwaite模型 233

第十五章 成品率和成本的计算方法 234

15.1成品率和成本的计算 234

15.2集成电路布图的设计规则 236

15.2.1MOS集成电路 236

15.2.2双极型集成电路 237

习题 241

图YCM1总芯片数和芯片面积的关系曲线（英制） 242

图YCM-2总芯片数和芯片面积的关系曲线（公制） 243

图YCM-3成品率和工序数的关系 244

图YCM-4成品率模型 245

图YCM-5Murphy模型 246

图YCM-6S？eds模型 247

图YCM-7直径100mm硅片芯片成品率和芯片大小的关系曲线 248

第十六章 封装和装西 249

16.1封装和装配 249

16.2功率耗散 256

16.3可靠性 258

16.3.1湿气 258

16.3.2键合开路 260

16.3.3腔室中的粒子 260

16.3.4钠离子和玷污 260

16.3.5α粒子 260

第十七章 单位转换、词汇表和参考文献 261