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绪论 1

本章小结 10

习题与解答 11

第1章 集成制造技术基础 12

1.1 常规集成电路制造技术基础［1,2］ 12

1.1.1 常规双极晶体管的工艺结构 12

1.1.2 常规双极性晶体管平面工艺流程 16

1.2 常规PN结隔离集成电路工艺［3,4］ 16

1.2.1 常规PN结隔离集成电路的工艺结构 16

1.2.2 常规PN结隔离集成电路的工艺流程 18

本章小结 19

习题与解答 20

参考文献 21

第2章 硅材料及衬底制备 22

2.1 半导体材料的特征与属性［1,2,3］ 23

2.2 半导体材料硅的结构特征 23

2.3 半导体单晶制备过程中的晶体缺陷［4,5］ 24

2.4 集成电路技术的发展和硅材料的关系［6,7］ 28

2.5 半导体硅材料及硅衬底晶片的制备 30

2.6 半导体硅材料的提纯技术 31

2.6.1 精馏提纯四氯化硅技术及其提纯装置 31

2.6.2 精馏提纯四氯化硅的产业化流程 32

2.7 半导体单晶材料的制备流程［8,9,10］ 33

2.8 硅单晶的各向异性在管芯制造中的应用 37

本章小结 38

习题与解答 40

参考文献 41

第3章 外延生长工艺原理 42

3.1 关于外延生长技术［1～6］ 42

3.2 外延生长工艺方法概论 47

3.2.1 典型的水平反应器硅气相外延生长系统简介 48

3.2.2 硅化学气相淀积外延生长反应过程的一般描述［7～9］ 48

3.3 常规硅气相外延生长过程的动力学原理［10～12］ 51

3.4 常规硅气相外延生长过程的结晶学原理 53

3.5 关于气相外延生长的工艺环境和工艺条件［13～15］ 55

3.5.1 外延生长过程中的掺杂 55

3.5.2 外延生长速率与反应温度的关系［16,17］ 56

3.5.3 外延生长层内的杂质分布［18,19］ 56

3.5.4 外延生长缺陷 57

3.5.5 外延生长之前的氯化氢气相抛光 59

3.5.6 典型的外延生长工艺流程［20,21］ 59

3.5.7 工业化外延工序的质量控制 60

本章小结 60

习题与解答 63

参考文献 64

第4章 氧化介质薄膜生长 66

4.1 氧化硅介质膜的基本结构［1～4］ 66

4.2 二氧化硅介质膜的主要性质 68

4.3 氧化硅介质膜影响杂质迁移行为的内在机理［5～12］ 69

4.4 氧化硅介质膜的热生长动力学原理［13～15］ 72

4.5 典型热生长氧化介质膜的常规生长模式［16,17］ 75

本章小结 77

习题与解答 82

参考文献 83

第5章 半导体的高温掺杂 85

5.1 固体中的热扩散现象及扩散方程［1～9］ 87

5.2 常规高温热扩散的数学描述［10,11］ 90

5.2.1 恒定表面源扩散问题的数学分析 90

5.2.2 有限表面源扩散问题的数学分析 92

5.3 常规热扩散工艺简介 93

5.3.1 典型的常规液态源硼扩散 93

5.3.2 典型的常规液态源磷扩散 93

5.3.3 典型的常规固态氮化硼源扩散 94

5.4 实际扩散行为与理论分布的差异 94

5.4.1 发生在氧化硅－硅界面处的杂质再分布行为 94

5.4.2 发生在氧化过程中的氧化增强扩散行为［12］ 96

5.5 扩散行为的仿真及影响扩散行为的效应 97

5.5.1 杂质热扩散及热迁移工艺模型 97

5.5.2 氧化增强扩散模型 98

5.5.3 对杂质在可动界面处变化的一维描述 98

5.5.4 对杂质在可动界面处变化的二维描述 99

5.5.5 对常规扩散行为进行的二维描述 99

5.6 深亚微米工艺仿真系统所设置的小尺寸效应模型 100

本章小结 101

习题与解答 104

参考文献 106

第6章 离子注入低温掺杂 107

6.1 离子注入掺杂技术的特点［1］ 107

6.2 关于离子注入技术的理论描述［2～6］ 109

6.3 关于离子注入损伤 112

6.4 离子注入退火［7］ 115

6.5 离子注人设备［8～11］ 117

6.6 离子注入的工艺实现［12～16］ 119

本章小结 121

习题与解答 126

参考文献 127

第7章 薄膜气相淀积工艺 128

7.1 常用的几种化学气相淀积方法［1～13］ 129

7.1.1 常压化学气相淀积 130

7.1.2 低压化学气相淀积 131

7.1.3 等离子体增强化学气相淀积 133

7.2 晶圆CVD加工需求最多的几种介质薄膜［14］ 134

7.2.1 二氧化硅介质薄膜 134

7.2.2 多晶硅介质薄膜 135

7.2.3 氮化硅介质薄膜 137

7.3 化学气相淀积的安全性［15～18］ 138

本章小结 138

习题与解答 143

参考文献 144

第8章 图形光刻工艺原理 145

8.1 关于光致抗蚀剂［1～9］ 147

8.2 典型的光刻工艺原理［10,11］ 151

8.2.1 涂胶工序 151

8.2.2 前烘工序 152

8.2.3 曝光工序 152

8.2.4 显影工序 153

8.2.5 坚膜工序 153

8.2.6 腐蚀工序 153

8.2.7 去胶工序 153

本章小结 155

习题与解答 158

参考文献 159

第9章 掩膜制备工艺原理 160

9.1 集成电路掩膜版制备简述［1～4］ 160

9.2 光刻掩膜版设计和制备的基本过程 160

9.2.1 原图绘制 160

9.2.2 初缩 162

9.2.3 精缩与分步重复 162

9.3 当代计算机辅助掩膜制造技术 163

9.3.1 原图数据处理系统 163

9.3.2 版图修改 165

9.3.3 版图验证 165

9.3.4 版图尺寸修正 165

本章小结 168

习题与解答 169

参考文献 170

第10章 超大规模集成工艺 171

10.1 当代微电子技术的飞速发展与技术进步［1,2］ 171

10.2 当代超深亚微米级层次的技术特征［3］ 172

10.3 超深亚微米层次下的小尺寸效应［4,5］ 173

10.3.1 热载流子退化效应［6～8］ 173

10.3.2 短沟道效应［9,10］ 173

10.3.3 漏、源穿通效应 174

10.3.4 载流子速度饱和效应 174

10.4 典型的超深亚微米CMOS制造工艺［11,12］ 174

10.5 超深亚微米CMOS工艺技术模块简介 177

10.5.1 CMOS体结构中的隔离工艺模块 178

10.5.2 CMOS体结构中阱结构形成工艺模块［13,14］ 179

10.5.3 CMOS体结构中自对准硅化物形成工艺模块 181

10.5.4 小尺寸MOS器件轻掺杂漏技术［15～17］ 182

10.5.5 大规模集成电路多层互连技术［18～23］ 183

10.5.6 集成电路互连表面的平坦化技术［24～26］ 185

本章小结 186

习题与解答 187

参考文献 189

第11章 集成结构测试图形［1～3］ 191

11.1 微电子测试图形的配置及作用 192

11.2 常用的微电子测试结构及其测试原理简介 194

11.2.1 常用的扩散薄层电阻测试结构 194

11.2.2 用于MOS电容测定和C-V特性分析的测试结构 196

11.2.3 用于工艺过程腐蚀性能监控的测试结构 197

11.2.4 用于分辨率测定的测试结构 198

11.2.5 用于掩膜套刻精度测试的测试结构 198

11.3 微电子测试图形在集成电路工艺流片监控中的应用 199

本章小结 203

习题与解答 204

参考文献 205

第12章 电路管芯键合封装［1～4］ 206

12.1 集成电路晶圆芯片的减薄及划片技术 206

12.1.1 晶圆片的背面减薄 206

12.1.2 晶圆片的定向划片 207

12.2 集成电路晶圆管芯的装片技术 209

12.2.1 共晶焊装片方式 209

12.2.2 聚合物黏接装片方式 209

12.3 集成电路管芯内引线键合工艺 210

12.3.1 管芯内引线键合用引线材料 211

12.3.2 常用的管芯内引线键合工艺 212

12.4 集成电路管芯的外封装技术 213

本章小结 214

习题与解答 216

参考文献 217

第13章 工艺过程理化分析［1～3］ 218

13.1 集成电路生产过程中进行理化分析的目的 218

13.2 IC生产中常用的理化分析仪器 220

13.2.1 扫描电子显微镜 220

13.2.2 电子微探针 223

13.2.3 扫描俄歇微探针 224

13.2.4 离子探针显微分析仪 226

13.2.5 透射电子显微镜 228

13.2.6 透射扫描电子显微镜 230

本章小结 231

习题与解答 232

参考文献 233

第14章 管芯失效及可靠性 234

14.1 半导体器件的可靠性及其包含的内容 234

14.2 集成电路常见的失效模式和失效机理［1～3］ 236

14.3 关于金属化系统的失效 238

14.3.1 铝层的电迁移造成的失效 238

14.3.2 氧化层台阶处金属膜断裂造成的失效 239

14.4 高能粒子辐射造成的失效行为 239

14.4.1 位移辐射效应 239

14.4.2 电离辐射效应 239

14.5 辐射效应对硅集成电路性能的影响 240

14.5.1 辐射效应对双极性集成电路性能的影响 240

14.5.2 辐射效应对MOS集成电路性能的影响 240

14.6 集成电路性能的可靠性保证 241

14.6.1 电路性能设计 242

14.6.2 电路结构设计 242

本章小结 244

习题与解答 246

参考文献 248

第15章 芯片产业质量管理 249

15.1 质量管理理论基础［1～10］ 249

15.2 集成电路芯片产业的生产管理模式［11～13］ 252

15.2.1 管理体制的选择 252

15.2.2 管理体制的特点 253

15.2.3 生产计划的管理 254

15.3 集成电路芯片产业的技术管理模式［14～16］ 257

15.4 集成电路芯片产业的质量管理 260

本章小结 261

习题与解答 263

参考文献 265

附录A 集成制造术语详解 266

附录B 集成电路制造技术缩略语 299

附录C 常用系数 312

附录D 集成电路制造技术领域常用科学数据 313