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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-SiO2167

7.4.3 LPCVD-SiO2169

7.4.4 PECVD-SiO2170

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-Si3N4172

7.5.3 PECVD-Si3N4173

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