集成电路制造技术原理与工艺PDF电子书下载

第0章 绪论 1

0.1 何谓集成电路工艺 1

0.2 集成电路制造技术发展历程 3

0.3 集成电路制造技术特点 5

0.3.1 超净环境 5

0.3.2 超纯材料 6

0.3.3 批量复制和广泛的用途 7

0.4 本书内容结构 7

第1单元 硅衬底 9

第1章 单晶硅特性 9

1.1 硅晶体的结构特点 9

1.1.1 硅的性质 9

1.1.2 硅晶胞 11

1.1.3 硅单晶的晶向、晶面 12

1.2 硅晶体缺陷 14

1.2.1 点缺陷 15

1.2.2 线缺陷 16

1.2.3 面缺陷和体缺陷 17

1.3 硅晶体中的杂质 17

1.3.1 杂质对硅电学性质的影响 17

1.3.2 固溶度和相图 18

本章小结 21

第2章 硅片的制备 22

2.1 多晶硅的制备 22

2.1.1 冶炼 22

2.1.2 提纯 22

2.2 单晶硅生长 23

2.2.1 直拉法 23

2.2.2 单晶生长原理 24

2.2.3 晶体掺杂 25

2.2.4 磁控直拉法 28

2.2.5 悬浮区熔法 29

2.3 切制硅片 30

2.3.1 切片工艺 31

2.3.2 硅片规格及用途 32

本章小结 33

第3章 外延 34

3.1 概述 34

3.1.1 外延概念 34

3.1.2 外延工艺种类 34

3.1.3 外延工艺用途 35

3.2 气相外延 36

3.2.1 硅的气相外延工艺 37

3.2.2 外延原理 38

3.2.3 影响外延生长速率的因素 40

3.2.4 外延掺杂 43

3.2.5 外延设备 45

3.2.6 外延技术 46

3.3 分子束外延 49

3.3.1 工艺及原理 49

3.3.2 外延设备 50

3.3.3 MBE工艺特点 51

3.4 其他外延方法 52

3.4.1 液相外延 52

3.4.2 固相外延 53

3.4.3 先进外延技术及发展趋势 54

3.5 外延缺陷与外延层检测 55

3.5.1 外延缺陷类型及分析检测 55

3.5.2 图形漂移和畸变现象 56

3.5.3 外延层参数测量 57

本章小结 58

单元习题一 58

第2单元 氧化与掺杂 59

第4章 热氧化 59

4.1 二氧化硅薄膜概述 59

4.1.1 二氧化硅结构 60

4.1.2 二氧化硅的理化性质及用途 60

4.1.3 二氧化硅薄膜中的杂质 61

4.1.4 杂质在SiO2中的扩散 62

4.1.5 二氧化硅的掩蔽作用 62

4.2 硅的热氧化 64

4.2.1 热氧化工艺 64

4.2.2 热氧化机理 66

4.2.3 硅的Deal-Grove热氧化模型 67

4.2.4 热氧化生长速率 69

4.2.5 影响氧化速率的各种因素 70

4.3 初始氧化阶段及薄氧化层制备 76

4.4 热氧化过程中杂质的再分布 77

4.4.1 杂质的分凝效应 78

4.4.2 再分布对硅表面杂质浓度的影响 79

4.5 氧化层的质量及检测 81

4.5.1 SiO2层厚度的测量 81

4.5.2 SiO2层成膜质量的测量 82

4.6 其他氧化方法 85

4.6.1 掺氯氧化 85

4.6.2 高压氧化 86

4.6.3 热氧化工艺展望 87

本章小结 87

第5章 扩散 88

5.1 扩散机构 88

5.1.1 替位式扩散（Substitutional） 88

5.1.2 填隙式扩散（Interstitial） 89

5.1.3 填隙—替位式扩散 90

5.2 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程 90

5.2.1 基本特点 90

5.2.2 扩散方程 91

5.2.3 扩散系数 92

5.3 杂质的扩散掺杂 94

5.3.1 恒定表面源扩散 94

5.3.2 限定表面源扩散 95

5.3.3 两步扩散工艺 97

5.4 热扩散工艺中影响杂质分布的其他因素 98

5.4.1 硅中点缺陷对杂质扩散的影响 98

5.4.2 氧化增强扩散 99

5.4.3 发射区推进效应 100

5.4.4 横向扩散效应 101

5.4.5 场助扩散效应 102

5.5 扩散工艺条件与方法 103

5.5.1 扩散方法的选择 103

5.5.2 杂质源选择 104

5.5.3 常用杂质的扩散工艺 106

5.6 扩散工艺质量与检测 108

5.6.1 结深的测量 108

5.6.2 表面浓度的确定 109

5.6.3 器件的电学特性与扩散工艺的关系 110

5.7 扩散工艺的发展 111

本章小结 112

第6章 离子注入 113

6.1 概述 113

6.2 离子注入原理 114

6.2.1 与注入离子分布相关的几个概念 114

6.2.2 离子注入相关理论基础 115

6.2.3 几种常用杂质在硅中的核阻止本领与能量关系 118

6.3 注入离子在靶中的分布 119

6.3.1 纵向分布 119

6.3.2 横向效应 120

6.3.3 单晶靶中的沟道效应 123

6.3.4 影响注入离子分布的其他因素 125

6.4 注入损伤 127

6.4.1 级联碰撞 127

6.4.2 简单晶格损伤 127

6.4.3 非晶层的形成 128

6.5 退火 130

6.5.1 硅材料的热退火特性 130

6.5.2 硼的退火特性 131

6.5.3 磷的退火特性 132

6.5.4 高温退火引起的杂质再分布 132

6.5.5 二次缺陷 133

6.5.6 退火方式及快速热处理技术 134

6.6 离子注入设备与工艺 136

6.6.1 离子注入机 136

6.6.2 离子注入工艺流程 139

6.7 离子注入的其他应用 140

6.7.1 浅结的形成 140

6.7.2 调整MOS晶体管的阈值电压 141

6.7.3 自对准金属栅结构 142

6.7.4 离子注入在SOI结构中的应用 142

6.8 离子注入与热扩散比较及掺杂新技术 144

本章小结 146

单元习题二 146

第3单元 薄膜制备 148

第7章 化学气相淀积 148

7.1 CVD概述 148

7.2 CVD工艺原理 149

7.2.1 薄膜淀积过程 149

7.2.2 薄膜淀积速率及影响因素 151

7.2.3 薄膜质量控制 153

7.3 CVD工艺方法 156

7.3.1 常压化学气相淀积 156

7.3.2 低压化学气相淀积 157

7.3.3 等离子体的产生 158

7.3.4 等离子增强化学气相淀积 162

7.3.5 CVD工艺方法的进展 164

7.4 二氧化硅薄膜的淀积 165

7.4.1 CVD-SiO2特性与用途 165

7.4.2 APCVD-SiO2 167

7.4.3 LPCVD-SiO2 169

7.4.4 PECVD-SiO2 170

7.5 氮化硅薄膜淀积 171

7.5.1 氮化硅薄膜性质与用途 171

7.5.2 LPCVD-Si3 N4 172

7.5.3 PECVD-Si3 N4 173

7.6 多晶硅薄膜的淀积 175

7.6.1 多晶硅薄膜的性质与用途 175

7.6.2 CVD多晶硅薄膜工艺 176

7.6.3 多晶硅薄膜的掺杂 177

7.7 CVD金属及金属化合物薄膜 178

7.7.1 钨及其化学气相淀积 178

7.7.2 金属化合物的化学气相淀积 179

7.7.3 CVD金属及金属化合物的进展 181

本章小结 182

第8章 物理气相淀积 183

8.1 PVD概述 183

8.2 真空系统及真空的获得 184

8.2.1 真空系统简介 184

8.2.2 真空的获得方法 185

8.2.3 真空度的测量 187

8.3 真空蒸镀 187

8.3.1 工艺原理 187

8.3.2 蒸镀设备 190

8.3.3 蒸镀工艺 192

8.3.4 蒸镀薄膜的质量及控制 193

8.4 溅射 195

8.4.1 工艺原理 195

8.4.2 直流溅射 198

8.4.3 射频溅射 199

8.4.4 磁控溅射 200

8.4.5 其他溅射方法 201

8.4.6 溅射薄膜的质量及改善方法 203

8.5 PVD金属及化合物薄膜 205

8.5.1 铝及铝合金薄膜淀积 205

8.5.2 铜及其阻挡层薄膜的淀积 207

8.5.3 其他金属薄膜和化合物薄膜 208

本章小结 209

单元习题三 209

第4单元 光刻 212

第9章 光刻工艺 212

9.1 概述 212

9.2 基本光刻工艺流程 215

9.2.1 底膜处理 216

9.2.2 涂胶 216

9.2.3 前烘 217

9.2.4 曝光 218

9.2.5 显影 219

9.2.6 坚膜 219

9.2.7 显影检验 220

9.2.8 刻蚀 220

9.2.9 去胶 221

9.2.10 最终检验 221

9.3 光刻技术中的常见问题 222

9.3.1 浮胶 222

9.3.2 毛刺和钻蚀 222

9.3.3 针孔 223

9.3.4 小岛 223

本章小结 223

第10章 光刻技术 224

10.1 光刻掩模版的制造 224

10.1.1 制版工艺简介 224

10.1.2 掩模版的基本构造及质量要求 225

10.1.3 铬版的制备技术 227

10.1.4 彩色版制备技术 229

10.1.5 光刻制版面临的挑战 230

10.2 光刻胶 233

10.2.1 光刻胶的特征量 234

10.2.2 光学光刻胶 235

10.2.3 其他光刻胶 237

10.3 光学分辨率增强技术 237

10.3.1 离轴照明技术 238

10.3.2 其他分辨率增强技术 239

10.4 紫外光曝光技术 241

10.4.1 接近式曝光 241

10.4.2 接触式曝光 243

10.4.3 投影式曝光 243

10.5 其他曝光技术 244

10.5.1 电子束曝光 244

10.5.2 X射线曝光 245

10.5.3 离子束曝光 246

10.5.4 新技术展望 247

10.6 光刻设备 251

10.6.1 接触式光刻机 251

10.6.2 接近式光刻机 252

10.6.3 扫描投影光刻机 252

10.6.4 分步重复投影光刻机 254

10.6.5 步进扫描投影光刻机 255

10.6.6 光刻设备的发展趋势 256

本章小结 257

第11章 刻蚀技术 258

11.1 概述 258

11.2 湿法刻蚀 259

11.2.1 硅的湿法刻蚀 260

11.2.2 二氧化硅的湿法刻蚀 261

11.2.3 氮化硅的湿法刻蚀 261

11.2.4 铝的湿法刻蚀 262

11.2.5 铬的湿法刻蚀 262

11.2.6 湿法刻蚀设备 263

11.3 干法刻蚀 263

11.3.1 刻蚀参数 265

11.3.2 多晶硅的干法刻蚀 266

11.3.3 二氧化硅的干法刻蚀 267

11.3.4 氮化硅的干法刻蚀 268

11.3.5 铝及铝合金的干法刻蚀 268

11.3.6 钨的刻蚀 269

11.3.7 干法刻蚀设备 270

11.3.8 终点检测 273

11.4 刻蚀技术新进展 274

11.4.1 四甲基氢氧化铵湿法刻蚀 274

11.4.2 软刻蚀 275

11.4.3 约束刻蚀剂层技术 275

本章小结 276

单元习题四 276

第5单元 工艺集成与封装测试 277

第12章 工艺集成 277

12.1 金属化与多层互连 277

12.1.1 欧姆接触 278

12.1.2 布线技术 279

12.1.3 多层互连 281

12.1.4 铜多层互连系统工艺流程 283

12.2 CMOS集成电路工艺 284

12.2.1 隔离工艺 285

12.2.2 阱工艺结构 286

12.2.3 薄栅氧化技术 286

12.2.4 非均匀沟道掺杂 287

12.2.5 栅电极材料与难熔金属硅化物自对准工艺 287

12.2.6 源／漏技术与浅结形成 288

12.2.7 CMOS电路工艺流程 289

12.3 双极型集成电路工艺 292

12.3.1 隔离工艺 292

12.3.2 双极型集成电路工艺流程 294

12.3.3 多晶硅在双极型电路中的应用 295

本章小结 296

第13章 工艺监控 297

13.1 概述 297

13.2 实时监控 298

13.3 工艺检测片 298

13.3.1 晶片检测 299

13.3.2 氧化层检测 300

13.3.3 光刻工艺检测 301

13.3.4 扩散层检测 302

13.3.5 离子注入层检测 302

13.3.6 外延层检测 303

13.4 集成结构测试图形 303

13.4.1 微电子测试图形的功能与配置 304

13.4.2 几种常用的测试图形 305

13.4.3 微电子测试图形实例 309

本章小结 309

第14章 封装与测试 310

14.1 芯片封装技术 310

14.1.1 封装的作用和地位 310

14.1.2 封装类型 311

14.1.3 几种典型封装技术 313

14.1.4 未来封装技术展望 319

14.2 集成电路测试技术 319

14.2.1 简介 320

14.2.2 数字电路测试方法 322

14.2.3 数字电路失效模型 324

14.2.4 准静态电流测试分析法 326

14.2.5 模拟电路及数模混合电路测试 327

14.2.6 未来测试技术展望 329

本章小结 331

单元习题五 331

附录A微电子器件制造生产实习 332

A.1 硅片电阻率测量 332

A.2 硅片清洗 334

A.3 一次氧化 336

A.4 氧化层厚度测量 337

A.5 光刻腐蚀基区 338

A.6 硼扩散 339

A.7 pn结结深测量 341

A.8 光刻腐蚀发射区 342

A.9 磷扩散 343

A.10 光刻引线孔 344

A.11 真空镀铝 344

A.12 反刻铝 345

A.13 合金化 346

A.14 中测 347

A.15 划片 347

A.16 上架烧结 347

A.17 压焊 348

A.18 封帽 349

A.19 晶体管电学特性测量 349

附录B SUPREM模拟 352

B.1 SUPREM软件简介 352

B.2 氧化工艺 353

B.3 扩散工艺 353

B.4 离子注入 354

参考文献 355