第一章 硅晶体和非晶体 1
1.1硅的晶体结构 1
1.1.1晶胞 1
1.1.2原子密度 2
1.1.3共价四面体 2
1.1.4晶体内部的空隙 3
1.2晶向、晶面和堆积模型 3
1.2.1晶向 3
1.2.2晶面 5
1.2.3堆积模型 7
1.2.4双层密排面 9
1.3硅晶体中的缺陷 9
1.3.1点缺陷 9
1.3.2线缺陷 11
1.3.3面缺陷 13
1.3.4体缺陷 13
1.4硅中的杂质 13
1.5杂质在硅晶体中的溶解度 16
1.6非晶硅结构和特性 18
1.6.1非晶硅的结构 19
1.6.2非晶网络模型 20
1.6.3非晶态半导体的制备方法 21
1.6.4非晶硅半导体中的缺陷 21
1.6.5氢化非晶硅 22
1.6.6非晶硅半导体中的掺杂效应 23
参考文献 24
第二章 氧化 26
2.1 SiO2的结构及性质 27
2.1.1结构 27
2.1.2 SiO2的主要性质 28
2.2 SiO2的掩蔽作用 29
2.2.1杂质在SiO2中的存在形式 29
2.2.2杂质在SiO2中的扩散系数 31
2.2.3掩蔽层厚度的确定 31
2.3硅的热氧化生长动力学 33
2.3.1硅的热氧化 33
2.3.2热氧化生长动力学 36
2.3.3热氧化SiO2生长速率 38
2.4决定氧化速率常数和影响氧化速率的各种因素 39
2.4.1决定氧化速率常数的各种因素 39
2.4.2影响氧化速率的其他因素 41
2.5热氧化过程中的杂质再分布 47
2.5.1杂质的再分布 47
2.5.2再分布对硅表面杂质浓度的影响 49
2.6初始氧化及薄氧化层的制备 51
2.6.1快速初始氧化阶段 51
2.6.2薄氧化层的制备 54
2.7 Si-SiO2界面特性 57
2.7.1可动离子电荷Qm 57
2.7.2界面陷阱（捕获）电荷Qit 59
2.7.3 SiO2中固定正电荷Qf 61
2.7.4氧化层陷阱电荷Qot 62
参考文献 63
第三章 扩散 67
3.1杂质扩散机制 67
3.1.1间隙式扩散 67
3.1.2替位式扩散 68
3.2扩散系数与扩散方程 70
3.2.1菲克第一定律 70
3.2.2扩散系数 70
3.2.3菲克第二定律（扩散方程） 71
3.3扩散杂质的分布 72
3.3.1恒定表面源扩散 72
3.3.2有限表面源扩散 74
3.3.3两步扩散 76
3.4影响扩散杂质分布的其他因素 76
3.4.1硅晶体中的点缺陷 77
3.4.2扩散系数与杂质浓度的关系 80
3.4.3氧化增强扩散 82
3.4.4发射区推进效应 84
3.4.5二维扩散 85
3.5扩散工艺 87
3.5.1固态源扩散 87
3.5.2液态源扩散 88
3.5.3气态源扩散 89
3.6扩散工艺的发展 90
3.6.1快速气相掺杂 90
3.6.2气体浸没激光掺杂 91
参考文献 92
第四章 离子注入 94
4.1核碰撞和电子碰撞 95
4.1.1核阻止本领 96
4.1.2电子阻止本领 98
4.1.3射程粗略估算 99
4.2注人离子在无定形靶中的分布 100
4.2.1纵向分布 100
4.2.2横向效应 103
4.2.3沟道效应 104
4.2.4浅结的形成 106
4.3注入损伤 107
4.3.1级联碰撞 107
4.3.2简单晶格损伤 109
4.3.3非晶区的形成 110
4.4热退火 111
4.4.1硅材料的热退火特性 112
4.4.2硼的退火特性 113
4.4.3磷的退火特性 114
4.4.4热退火过程中的扩散效应 115
4.4.5快速退火 116
参考文献 117
第五章 物理气相淀积 120
5.1真空蒸镀法制备薄膜的基本原理 120
5.1.1真空蒸镀设备 121
5.1.2汽化热和蒸汽压 122
5.1.3真空度与分子的平均自由程 122
5.1.4蒸发速率 123
5.1.5多组分薄膜的蒸镀方法 123
5.2蒸发源 124
5.2.1电阻加热蒸发源 124
5.2.2电子束加热蒸发源 125
5.2.3激光束加热蒸发源 126
5.2.4高频感应加热蒸发源 126
5.3气体辉光放电 127
5.3.1直流辉光放电 127
5.3.2辉光放电中的碰撞过程 131
5.3.3射频辉光放电 132
5.4溅射法制备薄膜的基本原理 133
5.4.1溅射特性 134
5.4.2溅射方法 136
5.4.3接触孔中的薄膜淀积 141
5.4.4长投准直溅射技术 143
参考文献 143
第六章 化学气相淀积 144
6.1 CVD模型 144
6.1.1 CVD的基本过程 144
6.1.2边界层理论 145
6.1.3 Grove模型 147
6.2 CVD系统 152
6.2.1 CVD的气态源 152
6.2.2质量流量控制系统 153
6.2.3 CVD的热源 153
6.2.4 CVD的其他能源 154
6.2.5 CVD的分类 154
6.3 CVD多晶硅 159
6.3.1多晶硅薄膜的性质 159
6.3.2 CVD多晶硅 160
6.3.3淀积条件对多晶硅结构及淀积速率的影响 161
6.3.4多晶硅的掺杂工艺 162
6.4 CVD的SiO2 163
6.4.1 CVD SiO2的工艺 163
6.4.2 CVD SiO2的台阶覆盖 167
6.4.3 CVD掺杂SiO2 170
6.5 CVD氮化硅 172
6.6 CVD金属及硅化物薄膜 176
6.6.1 CVD钨 176
6.6.2 CVD硅化钨 180
6.6.3 CVD TiN 181
6.6.4 CVD铝 184
参考文献 185
第七章 外延 188
7.1硅气相外延的基本原理 189
7.1.1硅源 189
7.1.2外延层的生长模型 190
7.1.3化学反应 192
7.1.4生长速度与温度的关系 193
7.1.5生长速度与反应剂浓度的关系 195
7.1.6生长速度与气体流速的关系 196
7.1.7衬底晶向对生长速度的影响 196
7.2外延层中的杂质分布 196
7.2.1掺杂原理 197
7.2.2扩散效应 197
7.2.3自掺杂效应 199
7.3低压外延 201
7.3.1压力的影响 202
7.3.2温度的影响 202
7.4选择外延 202
7.5硅烷热分解法外延 205
7.6 SOS技术 206
7.7分子束外延 207
7.8层错、图形漂移及利用层错法测量厚度 210
7.8.1层错 210
7.8.2层错法测量外延层的厚度 211
7.8.3图形漂移和畸变 212
7.9外延层电阻率的测量 213
参考文献 215
第八章 光刻工艺 217
8.1光刻工艺流程 218
8.1.1涂胶 219
8.1.2前烘 221
8.1.3曝光 222
8.1.4显影 222
8.1.5坚膜 224
8.1.6刻（腐）蚀 224
8.1.7去胶 224
8.2分辨率 225
8.3光刻胶的基本属性 227
8.3.1对比度 228
8.3.2光刻胶的膨胀 231
8.3.3光敏度 231
8.3.4抗刻（腐）蚀能力和热稳定性 232
8.3.5粘附力 232
8.3.6溶解度和粘滞度 232
8.3.7微粒数量和金属含量 232
8.3.8存储寿命 233
8.4多层光刻胶工艺 233
8.4.1光刻胶图形的硅化增强工艺 233
8.4.2对比增强层工艺 234
8.4.3硅烷基化光刻胶表面成像工艺 235
8.5抗反射涂层工艺 236
8.5.1驻波效应 236
8.5.2底层抗反射层工艺 237
8.6紫外线曝光 238
8.6.1高压弧光灯 238
8.6.2投影光源系统 239
8.6.3准分子激光DUV光源 239
8.6.4接近式曝光 240
8.6.5接触式曝光 242
8.6.6投影式曝光 242
8.6.7离轴照明 243
8.6.8扩大调焦范围曝光技术 244
8.6.9化学增强的深紫外光刻胶 245
8.7掩膜版的制造 246
8.7.1石英玻璃基板 246
8.7.2铬层 246
8.7.3掩膜版的保护膜 246
8.7.4相移掩膜 247
8.8 X射线曝光 248
8.8.1 X射线曝光系统 248
8.8.2图形的畸变 248
8.8.3 X射线源 250
8.8.4 X射线曝光的掩膜版 251
8.8.5 X射线曝光的光刻胶 252
8.9电子束直写式曝光 252
8.9.1邻近效应 253
8.9.2电子束曝光系统 254
8.9.3有限散射角投影式电子束曝光 254
8.10光刻工艺对图形转移的要求 255
8.10.1图形转移的保真度 255
8.10.2选择比 256
8.10.3均匀性 256
8.10.4刻蚀的清洁 256
8.11湿法腐蚀 257
8.11.1 Si的湿法腐蚀 257
8.11.2 SiO2的湿法腐蚀 258
8.11.3 Si3N4的湿法腐蚀 258
8.12干法刻蚀 259
8.12.1干法刻蚀原理 259
8.12.2 SiO2和Si的干法刻蚀 260
8.12.3 Si3N4的干法刻蚀 263
8.12.4多晶硅和金属硅化物的干法刻蚀 264
8.12.5铝及铝合金的干法刻蚀 265
8.12.6其他金属的干法刻蚀 266
8.13干法刻蚀速率 266
8.13.1离子能量和入射角 266
8.13.2常用的刻蚀气体 268
8.13.3气体流速 269
8.13.4温度 270
8.13.5压力、功率密度和频率 270
8.13.6负载效应 270
参考文献 271
第九章 金属化与多层互连 275
9.1集成电路工艺对金属化材料特性的要求 276
9.1.1金属材料的晶体结构及制备工艺对金属化的影响 276
9.1.2金属化对材料电学特性的要求 277
9.1.3金属化对材料的机械特性、热力学特性的要求 277
9.2铝在集成电路工艺中的应用 279
9.2.1铝薄膜的制备方法 279
9.2.2 Al-Si接触中的几个物理现象 279
9.2.3 Al-Si接触中的尖楔现象 280
9.2.4 Al-Si接触的改进 282
9.2.5电迁移现象及其改进方法 285
9.3铜互连及低K介质 287
9.3.1互连引线的延迟时间 287
9.3.2 Cu互连的工艺流程 288
9.3.3低K介质材料及淀积工艺 289
9.3.4势垒层 292
9.3.5金属Cu的淀积工艺 293
9.3.6低K介质和Cu互连集成技术中的可靠性问题 295
9.4多晶硅及硅化物 296
9.4.1多晶硅栅技术 296
9.4.2多晶硅薄膜的制备方法 297
9.4.3多晶硅互连及其局限性 298
9.4.4多晶硅氧化工艺 299
9.4.5难熔金属硅化物及其应用 301
9.4.6硅化物的制备方法 301
9.4.7硅化物的形成机制 302
9.4.8硅化物的结构 303
9.4.9硅化物的电导率 303
9.4.10硅化物的氧化工艺 305
9.4.11硅化物肖特基势垒 306
9.4.12多晶硅/硅化物复合栅结构 306
9.5集成电路中的多层互连 307
9.5.1多层金属互连技术的意义 308
9.5.2多层金属互连技术对材料的要求 310
9.5.3多层互连的工艺流程 311
9.5.4平坦化 312
9.5.5 CMP工艺 314
9.5.6接触孔及通孔的形成和填充 318
参考文献 320
第十章 工艺集成 323
10.1集成电路中的隔离 323
10.1.1 MOS集成电路中的隔离 323
10.1.2双极集成电路中的隔离 327
10.2 CMOS集成电路的工艺集成 328
10.2.1 CMOS集成电路工艺的发展 328
10.2.2 CMOS工艺中的基本模块及对器件性能的影响 330
10.2.3双阱CMOS IC工艺流程 336
10.2.4纳米尺度CMOS IC新工艺 340
10.3双极集成电路的工艺集成 344
10.3.1双极集成电路工艺的发展 344
10.3.2标准埋层双极集成电路工艺流程（SBC） 344
10.3.3其他先进的双极集成电路工艺 347
参考文献 349
第十一章 薄膜晶体管制造工艺 352
11.1 TFT结构 355
11.1.1 TFT基本结构 355
11.1.2 a-Si：H TFT的基本结构 356
11.1.3 LTPS TFT的基本结构 358
11.2 a-Si：H薄膜和LTPS薄膜的制备工艺 361
11.2.1 a-Si：H薄膜的制备工艺 361
11.2.2 LTPS薄膜的制备工艺 362
11.3非晶硅TFT制造工艺 367
11.4低温多晶硅TFT制造工艺 372
参考文献 381
附录 384
附录1常用金属元素材料及其电学特性 384
附录2金属硅化物、金属合金的电学特性 384
附录3常用的金属材料和合金的晶格结构参数 385
附录4半导体材料的晶格结构参数 386
附录5金属材料薄膜在硅衬底上的晶格常数失配因子 386
附录6常用的半导体和绝缘介质的电学特性 387
附录7铝、铜、金合金电阻率随杂质原子数比的变化率 388
附录8物理常数 389
附录9部分常用材料的性质 390
附录10硅片鉴别方法（SEMI标准） 391