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