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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 基本半导体元器件结构 3

1.2.1 无源元件结构 3

1.2.2 有源器件结构 6

1.3 半导体器件工艺的发展历史 9

1.4 集成电路制造阶段 11

1.4.1 集成电路制造的阶段划分 11

1.4.2 集成电路时代划分 12

1.4.3 集成电路制造的发展趋势 13

1.5 半导体制造企业 14

1.6 基本的半导体材料 15

1.6.1 硅——最常见的半导体材料 15

1.6.2 半导体级硅 16

1.6.3 单晶硅生长 17

1.6.4 其他半导体材料 19

1.7 半导体制造中使用的化学品 20

1.8 芯片制造的生产环境 23

1.8.1 净化间沾污类型 23

1.8.2 污染源与控制 24

本章小结 26

本章习题 27

第2章 半导体制造工艺概况 28

2.1 引言 28

2.2 器件的隔离 28

2.2.1 PN结隔离 28

2.2.2 绝缘体隔离 29

2.3 双极型集成电路制造工艺 32

2.4 CMOS器件制造工艺 35

2.4.1 20世纪80年代的CMOS工艺技术 36

2.4.2 20世纪90年代的CMOS工艺技术 41

2.4.3 21世纪初的CMOS工艺技术 42

本章小结 42

本章习题 43

第3章 清洗工艺 44

3.1 引言 44

3.2 污染物杂质的分类 45

3.2.1 颗粒 45

3.2.2 有机残余物 45

3.2.3 金属污染物 45

3.2.4 需要去除的氧化层 46

3.3 清洗方法概况 46

3.3.1 RCA清洗 47

3.3.2 稀释RCA清洗 49

3.3.3 IMEC清洗 49

3.3.4 单晶圆清洗 50

3.3.5 干法清洗 50

3.4 常用清洗设备——超声波清洗设备 52

3.4.1 超声波清洗原理 52

3.4.2 超声波清洗机 52

3.4.3 其他清洗设备 54

3.5 质量控制 55

本章小结 56

本章习题 56

第4章 氧化 57

4.1 引言 57

4.2 二氧化硅膜的性质 57

4.3 二氧化硅膜的用途 59

4.4 热氧化原理 60

4.4.1 常用热氧化方法 61

4.4.2 影响氧化速率的因素 62

4.5 氧化设备 64

4.6 氧化膜的质量控制 66

4.6.1 氧化膜厚度的测量 66

4.6.2 氧化膜缺陷类型及检测 68

4.6.3 不同方法生成的氧化膜特性比较 70

4.7 氧化工艺模拟 70

4.7.1 概述 70

4.7.2 工艺模型 71

4.7.3 工艺模拟器简介 71

4.7.4 Athena基础 72

4.7.5 氧化工艺模拟实例 74

本章小结 77

本章习题 77

第5章 化学气相淀积 78

5.1 概述 78

5.1.1 薄膜淀积的概念 78

5.1.2 常用的薄膜材料 78

5.1.3 半导体制造中对薄膜的要求 79

5.2 化学气相淀积 81

5.2.1 化学气相淀积的概念 81

5.2.2 化学气相淀积的原理 81

5.3 化学气相淀积系统 81

5.3.1 APCVD 82

5.3.2 LPCVD 83

5.3.3 等离子体辅助CVD 85

5.4 外延 88

5.4.1 外延的概念、作用、原理 88

5.4.2 外延生长方法 89

5.4.3 硅外延工艺 91

5.5 CVD质量检测 92

5.6 淀积工艺模拟 94

本章小结 95

本章习题 96

第6章 金属化 97

6.1 概述 97

6.1.1 金属化的概念 97

6.1.2 金属化的作用 97

6.2 金属化类型 99

6.2.1 半导体制造中对金属材料的要求 99

6.2.2 铝 100

6.2.3 铝铜合金 100

6.2.4 铜 101

6.2.5 阻挡层金属 102

6.2.6 硅化物 103

6.2.7 钨 105

6.3 金属淀积 105

6.3.1 金属淀积的方法 105

6.3.2 蒸发 105

6.3.3 溅射 107

6.3.4 金属CVD 110

6.3.5 铜电镀 111

6.4 金属化流程 113

6.4.1 传统金属化流程 113

6.4.2 双大马士革流程 114

6.5 金属化质量控制 116

6.6 金属淀积的工艺模拟 116

本章小结 117

本章习题 118

第7章 光刻 119

7.1 概述 119

7.1.1 光刻的概念 120

7.1.2 光刻的目的 120

7.1.3 光刻的主要参数 120

7.1.4 光刻的曝光光谱 122

7.1.5 光刻的环境条件 122

7.1.6 掩膜版 123

7.2 光刻工艺的基本步骤 124

7.3 正性光刻和负性光刻 129

7.3.1 正性光刻和负性光刻的概念 129

7.3.2 光刻胶 130

7.3.3 正性光刻和负性光刻的优缺点 131

7.4 光刻设备简介 131

7.4.1 接触式光刻机 131

7.4.2 接近式光刻机 132

7.4.3 扫描投影光刻机 132

7.4.4 分步重复光刻机 133

7.4.5 步进扫描光刻机 133

7.5 光刻质量控制 134

7.5.1 光刻胶的质量控制 134

7.5.2 对准和曝光的质量控制 134

7.5.3 显影检查 134

本章小结 134

本章习题 135

第8章 刻蚀 136

8.1 引言 136

8.1.1 刻蚀的概念 136

8.1.2 刻蚀的要求 137

8.2 刻蚀工艺 137

8.2.1 湿法刻蚀 137

8.2.2 干法刻蚀 138

8.2.3 两种刻蚀方法的比较 140

8.3 干法刻蚀的应用 140

8.3.1 介质膜的刻蚀 140

8.3.2 多晶硅膜的刻蚀 143

8.3.3 金属的干法刻蚀 144

8.3.4 光刻胶的去除 146

8.4 干法刻蚀的质量控制 147

本章小结 149

本章习题 149

第9章 掺杂 150

9.1 概述 150

9.1.1 掺杂概念 150

9.1.2 掺杂的两种方法 150

9.1.3 掺杂工艺流程 150

9.2 扩散 151

9.2.1 扩散原理 151

9.2.2 扩散工艺步骤 153

9.2.3 扩散设备、工艺参数及其控制 155

9.2.4 常用扩散杂质源 162

9.3 离子注入 163

9.3.1 离子注入原理 164

9.3.2 离子注入的重要参数 164

9.3.3 离子注入掺杂工艺与扩散掺杂工艺的比较 167

9.4 离子注入机 167

9.4.1 离子源组件 167

9.4.2 分析磁体 170

9.4.3 加速聚焦器 172

9.4.4 扫描偏转系统 173

9.4.5 靶室及终端台 175

9.4.6 真空系统 176

9.5 离子注入工艺 176

9.5.1 离子注入工艺规范操作 176

9.5.2 离子注入使用的杂质源及注意事项 178

9.5.3 退火 178

9.5.4 关键工艺控制 179

9.6 离子注入的应用 181

9.6.1 沟道区及阱区掺杂 181

9.6.2 多晶硅注入 182

9.6.3 源漏区注入 182

9.7 掺杂质量控制 183

9.7.1 结深的测量及分析 183

9.7.2 掺杂浓度的测量 185

9.7.3 污染 188

9.8 掺杂实验 188

9.8.1 扩散工艺模拟实验 188

9.8.2 离子注入工艺模拟实验 189

本章小结 189

本章习题 190

第10章 平坦化 191

10.1 概述 191

10.2 传统平坦化技术 193

10.2.1 反刻 193

10.2.2 玻璃回流 193

10.2.3 旋涂玻璃法 193

10.3 化学机械平坦化 194

10.3.1 CMP优点和缺点 195

10.3.2 CMP机理 195

10.3.3 CMP设备 200

10.3.4 CMP工艺控制 210

10.3.5 CMP应用 215

10.4 CMP质量控制 221

10.4.1 膜厚的测量及均匀性分析 221

10.4.2 硅片表面状态的观测方法及分析 222

本章小结 224

本章习题 224

参考文献 226