第1章 引言及历史展望 1
1.1 引言 1
1.2 集成电路与平面工艺——促成集成电路产生的几项关键发明 6
1.3 半导体的基本特性 11
1.4 半导体器件 27
1.4.1 PN结二极管 27
1.4.2 MOS晶体管 29
1.4.3 双极型晶体管 32
1.5 半导体工艺技术的发展历程 33
1.6 现代科学发现——实验、理论与计算机模拟 35
1.7 本书的内容安排 36
1.8 本章要点小结 38
1.9 参考文献 38
1.10 习题 38
第2章 现代CMOS工艺技术 40
2.1 引言 40
2.2 CMOS工艺流程 40
2.2.1 CMOS工艺流程 41
2.2.2 有源区的形成 43
2.2.3 用于器件隔离的可选工艺方案——浅槽隔离 47
2.2.4 N阱和P阱的形成 49
2.2.5 用于制备有源区和阱区的可选工艺方案 52
2.2.6 栅电极的制备 59
2.2.7 前端或延伸区（LDD）的形成 63
2.2.8 源漏区的形成 67
2.2.9 接触与局部互连的形成 69
2.2.10 多层金属互连的形成 71
2.3 本章要点小结 75
2.4 习题 76
第3章 晶体生长、晶圆片制造与硅晶圆片的基本特性 78
3.1 引言 78
3.2 历史发展和基本概念 78
3.2.1 单晶结构 78
3.2.2 晶体中的缺陷 81
3.2.3 原料与提纯 84
3.2.4 直拉和区熔单晶的生长方法 85
3.2.5 圆片的准备和规格 87
3.3 制造方法和设备 89
3.4 测量方法 91
3.4.1 电学测试 91
3.4.2 物理测量 95
3.5 模型和模拟 98
3.5.1 直拉法单晶生长 98
3.5.2 CZ单晶生长期间的掺杂 100
3.5.3 区域精炼与区熔（FZ）生长 103
3.5.4 点缺陷 103
3.5.5 硅中的氧 110
3.5.6 硅中碳 113
3.5.7 模拟 113
3.6 技术和模型的限制及未来趋势 114
3.7 本章要点小结 115
3.8 参考文献 116
3.9 习题 117
第4章 半导体制造——洁净室、晶圆片清洗与吸杂处理 118
4.1 引言 118
4.2 历史的发展与几个基本概念 120
4.2.1 第一个层次的污染降低：超净化工厂 123
4.2.2 第二个层次的污染降低：晶圆片清洗 125
4.2.3 第三个层次的污染降低：吸杂处理 127
4.3 制造方法与设备 130
4.3.1 第一个层次的污染降低：超净化工厂 131
4.3.2 第二个层次的污染降低：晶圆片清洗 131
4.3.3 第三个层次的污染降低：吸杂处理 132
4.4 测量方法 135
4.4.1 第一个层次的污染降低：超净化工厂 135
4.4.2 第二个层次的污染降低：晶圆片清洗 138
4.4.3 第二个层次的污染降低：吸杂处理 141
4.5 模型与模拟（模型化方法与模拟技术） 144
4.5.1 第一个层次的污染降低：超净化工厂 145
4.5.2 第二个层次的污染降低：晶圆片清洗 148
4.5.3 第三个层次的污染降低：吸杂处理 150
4.6 工艺技术与模型方面的限制因素及未来的发展趋势 156
4.7 本章要点小结 158
4.8 参考文献 159
4.9 习题 161
第5章 光刻 162
5.1 引言 162
5.2 发展历史和基本概念 163
5.2.1 光源 165
5.2.2 硅片曝光系统 167
5.2.3 光刻胶 176
5.2.4 掩膜版工程——光学邻近效应纠正和相移掩膜 184
5.3 工艺方法和设备 186
5.3.1 硅片曝光系统 186
5.3.2 光刻胶 188
5.4 测量方法 191
5.4.1 光刻版特征和缺陷测量 192
5.4.2 光刻胶图形测量 193
5.4.3 蚀刻特征的测量 194
5.5 模型与模拟 195
5.5.1 硅片曝光系统 195
5.5.2 光刻胶中的光强图形 201
5.5.3 光刻胶曝光 204
5.5.4 曝光后烘烤（PEB） 207
5.5.5 光刻胶显影 209
5.5.6 光刻胶后烘 211
5.5.7 先进掩膜版工程 213
5.6 技术及建模中的限制和未来趋势 213
5.6.1 电子束光刻 214
5.6.2 X射线光刻 215
5.6.3 先进掩膜版工程 217
5.6.4 新光刻胶 218
5.7 本章要点小结 219
5.8 参考文献 220
5.9 习题 222
第6章 热氧化和Si-SiO2界面 224
6.1 引言 224
6.2 历史性发展和基本概念 226
6.3 制造方法和设备 231
6.4 测量方法 232
6.4.1 物理测量 233
6.4.2 光学测量 233
6.4.3 电学测量——MOS电容器 234
6.5 模型和模拟 242
6.5.1 第一级平面生长动力学——线性抛物线模型 242
6.5.2 平面氧化动力学的其他模型 249
6.5.3 薄二氧化硅（SiO2）生长动力学 252
6.5.4 生长动力学与压强依赖关系 253
6.5.5 生长动力学与晶向的依赖关系 255
6.5.6 混合气氛生长动力学 256
6.5.7 二维SiO2生长动力学 257
6.5.8 用于氧化的先进点缺陷基本模型 261
6.5.9 衬底掺杂效应 264
6.5.10 多晶硅氧化 266
6.5.11 Si3N4生长和氧化动力学 267
6.5.12 硅化物氧化 270
6.5.13 Si/SiO2界面电荷 271
6.5.14 完整的氧化模块模拟 275
6.6 工艺技术和模型的限制及未来趋向 277
6.7 本章要点小结 277
6.8 参考文献 278
6.9 习题 280
第7章 扩散 285
7.1 引言 285
7.2 发展历史和基本概念 287
7.2.1 杂质固溶度 288
7.2.2 从宏观的角度看扩散 289
7.2.3 扩散方程的分析解 291
7.2.4 无限介质中的高斯解 291
7.2.5 表面附近的高斯解 292
7.2.6 无限介质中的误差函数解 293
7.2.7 表面附近的误差函数解 294
7.2.8 硅中杂质的本征扩散系数 296
7.2.9 连续多步扩散的影响 297
7.2.10 设计和估算扩散层 298
7.2.11 基本扩散概念小结 300
7.3 制造方法和设备 300
7.4 测量方法 303
7.4.1 次级离子质谱法（SIMS） 303
7.4.2 扩展电阻 304
7.4.3 薄层电阻 305
7.4.4 电容电压法 305
7.4.5 TEM截面法 305
7.4.6 使用扫描探针显微技术的二维电测量 306
7.4.7 反向电测法 307
7.5 模型和模拟 308
7.5.1 扩散方程的数值解 308
7.5.2 Fiek’s定律关于电场效应的修正 310
7.5.3 Fiek’s定律关于浓度有关的扩散的修正 312
7.5.4 分凝 315
7.5.5 界面的杂质堆积 317
7.5.6 微观扩散进程摘要 318
7.5.7 原子级上扩散的物理基础 318
7.5.8 氧化增强或减速扩散 319
7.5.9 填隙替代式杂质扩散 321
7.5.10 自扩散和掺杂扩散的激活能 324
7.5.11 杂质-缺陷相互作用 324
7.5.12 杂质-缺陷相互作用的化学平衡公式 328
7.5.13 模型的简化表达式 330
7.5.14 电荷态效应 332
7.6 工艺和模型中的限制及未来趋势 333
7.6.1 掺杂方法 334
7.6.2 高级杂质分布建模——杂质-缺陷相互作用的全动力学描述 334
7.7 本章要点小结 335
7.8 参考文献 336
7.9 习题 338
第8章 离子注入 341
8.1 引言 341
8.2 历史发展和基本概念 341
8.2.1 实际硅中的注入——晶体结构的作用 348
8.3 制造方法和设备 351
8.3.1 高能注入 353
8.3.2 超低能量注入 354
8.3.3 离子束加热 355
8.4 测量方法 355
8.5 模型和模拟 355
8.5.1 核阻滞 356
8.5.2 非局部电子阻滞 357
8.5.3 局部电子阻滞 358
8.5.4 总的阻滞能力 358
8.5.5 损伤的产生 359
8.5.6 损伤退火 361
8.5.7 固相外延 364
8.5.8 杂质的激活 364
8.5.9 瞬态增强扩散 367
8.5.10 TED的原子级解释 368
8.5.11 对器件的影响 376
8.6 工艺和模拟的限制与未来趋势 376
8.7 本章要点小结 377
8.8 参考文献 377
8.9 习题 379
第9章 薄膜淀积 383
9.1 引言 383
9.2 历史的发展和基本概念 385
9.2.1 化学气相淀积（CVD） 385
9.2.2 物理蒸气淀积（PVD） 398
9.3 制造方法 415
9.3.1 外延硅淀积 416
9.3.2 多晶硅淀积 417
9.3.3 氮化硅淀积 420
9.3.4 二氧化硅淀积 420
9.3.5 Al淀积 422
9.3.6 Ti-W淀积 422
9.3.7 W淀积 423
9.3.8 TiSi2和WSi2淀积 423
9.3.9 TiN淀积 424
9.3.10 Cu淀积 425
9.4 测量方法 426
9.5 模型和模拟 426
9.5.1 用于淀积模拟的模型 427
9.5.2 应用物理为基础的模拟器——SPEEDIE模拟淀积 439
9.5.3 其他淀积模拟 444
9.6 溅射和模型的限制及将来的发展趋势 446
9.7 本章要点小结 448
9.8 参考文献 448
9.9 习题 450
第10章 刻蚀 453
10.1 引言 453
10.2 发展过程与基本概念 455
10.2.1 湿法腐蚀 455
10.2.2 等离子体刻蚀 459
10.3 制造方法 474
10.3.1 等离子体刻蚀条件与问题 474
10.3.2 不同薄膜的等离子体刻蚀技术 478
10.4 测量方法 484
10.5 模型与模拟 485
10.5.1 刻蚀模型 485
10.5.2 刻蚀模型——线性刻蚀模型 488
10.5.3 刻蚀模型——离子增强刻蚀的饱和吸附模型 492
10.5.4 刻蚀模型——更高级模型 497
10.5.5 其他刻蚀模拟过程 498
10.6 技术与模型的限制和未来趋势 501
10.7 本章要点小结 502
10.8 参考文献 503
10.9 习题 505
第11章 后端工艺 507
11.1 引言 507
11.2 历史发展和基本概念 511
11.2.1 接触孔 512
11.2.2 互连线和通孔 518
11.2.3 绝缘材料 526
11.3 制造方法和设备 533
11.3.1 硅化的栅极和源／漏区 533
11.3.2 第一层绝缘材料的制作 534
11.3.3 形成接触 535
11.3.4 全局互连线 537
11.3.5 IMD淀积和平坦化 538
11.3.6 通道的形成 539
11.3.7 结束步骤 540
11.4 测量方法 540
11.4.1 形态测量 541
11.4.2 电学测量 541
11.4.3 化学和结构测量 545
11.4.4 机械测量 546
11.5 建模和仿真 549
11.5.1 硅化物形成 549
11.5.2 化学-机械抛光 554
11.5.3 回流 556
11.5.4 晶粒生长 561
11.5.5 多晶材料中的扩散 567
11.5.6 电迁移 570
11.6 工艺及模拟的限制和发展趋势 578
11.7 本章要点小结 581
11.8 参考文献 582
11.9 习题 585
附录 587
术语表 602