半导体制造工艺

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 基本半导体元器件结构

1.2.1 无源元件结构

1.2.2 有源器件结构

1.3 半导体器件工艺的发展历史

1.4 集成电路制造阶段

1.4.1 集成电路制造的阶段划分

1.4.2 集成电路时代划分

1.4.3 集成电路制造的发展趋势

1.5 半导体制造企业

1.6 基本的半导体材料

1.6.1 硅——最常见的半导体材料

1.6.2 半导体级硅

1.6.3 单晶硅生长

1.6.4 其他半导体材料

1.7 半导体制造中使用的化学品

1.8 芯片制造的生产环境

1.8.1 净化间沾污类型

1.8.2 污染源与控制

本章小结

本章习题

第2章 半导体制造工艺概况

2.1 引言

2.2 器件的隔离

2.2.1 PN结隔离

2.2.2 绝缘体隔离

2.3 双极型集成电路制造工艺

2.4 CMOS器件制造工艺

2.4.1 20世纪80年代的CMOS工艺技术

2.4.2 20世纪90年代的CMOS工艺技7R

2.4.3 21世纪初的CMOS工艺技术

本章小结

本章习题

第3章 清洗工艺

3.1 引言

3.2 污染物杂质的分类

3.2.1 颗粒

3.2.2 有机残余物

3.2.3 金属污染物

3.2.4 需要去除的氧化层

3.3 清洗方法概况

3.3.1 RCA清洗

3.3.2 稀释RCA清洗

3.3.3 IMEC清洗

3.3.4 单晶圆清洗

3.3.5 干法清洗

3.4 常用清洗设备——超声波清洗设备

3.4.1 超声波清洗原理

3.4.2 超声波清洗机

3.4.3 其他清洗设备

3.5 质量控制

本章小结

本章习题

第4章 氧化

4.1 引言

4.2 二氧化硅膜的性质

4.3 二氧化硅膜的用途

4.4 热氧化原理

4.4.1 常用热氧化方法

4.4.2 影响氧化速率的因素

4.5 氧化设备

4.6 氧化膜的质量控制

4.6.1 氧化膜厚度的测量

4.6.2 氧化膜缺陷类型及检测

4.6.3 不同方法生成的氧化膜特性比较

4.7 氧化工艺模拟

4.7.1 概述

4.7.2 工艺模型

4.7.3 工艺模拟器简介

4.7.4 Athena基础

4.7.5 氧化工艺模拟实例

本章小结

本章习题

第5章 化学气相淀积

5.1 概述

5.1.1 薄膜淀积的概念

5.1.2 常用的薄膜材料

5.1.3 半导体制造中对薄膜的要求

5.2 化学气相淀积

5.2.1 化学气相淀积的概念

5.2.2 化学气相淀积的原理

5.3 化学气相淀积系统

5.3.1 APCVD

5.3.2 LPCVD

5.3.3 等离子体辅助CVD

5.4 外延

5.4.1 外延的概念、作用、原理

5.4.2 外延生长方法

5.4.3 硅外延工艺

5.5 CVD质量检测

5.6 淀积工艺模拟

本章小结

本章习题

第6章 金属化

6.1 概述

6.1.1 金属化的概念

6.1.2 金属化的作用

6.2 金属化类型

6.2.1 半导体制造中对金属材料的要求

6.2.2 铝

6.2.3 铝铜合金

6.2.4 铜

6.2.5 阻挡层金属

6.2.6 硅化物

6.2.7 钨

6.3 金属淀积

6.3.1 金属淀积的方法

6.3.2 蒸发

6.3.3 溅射

6.3.4 金属CVD

6.3.5 铜电镀

6.4 金属化流程

6.4.1 传统金属化流程

6.4.2 双大马士革流程

6.5 金属化质量控制

6.6 金属淀积的工艺模拟

本章小结

本章习题

第7章 光刻

7.1 概述

7.1.1 光刻的概念

7.1.2 光刻的目的

7.1.3 光刻的主要参数

7.1.4 光刻的曝光光谱

7.1.5 光刻的环境条件

7.1.6 掩膜版

7.2 光刻工艺的基本步骤

7.3 正性光刻和负性光刻

7.3.1 正性光刻和负性光刻的概念

7.3.2 光刻胶

7.3.3 正性光刻和负性光刻的优缺点

7.4 光刻设备简介

7.4.1 接触式光刻机

7.4.2 接近式光刻机

7.4.3 扫描投影光刻机

7.4.4 分步重复光刻机

7.4.5 步进扫描光刻机

7.5 光刻质量控制

7.5.1 光刻胶的质量控制

7.5.2 对准和曝光的质量控制

7.5.3 显影检查

本章小结

本章习题

第8章 刻蚀

8.1 引言

8.1.1 刻蚀的概念

8.1.2 刻蚀的要求

8.2 刻蚀工艺

8.2.1 湿法刻蚀

8.2.2 干法刻蚀

8.2.3 两种刻蚀方法的比较

8.3 干法刻蚀的应用

8.3.1 介质膜的刻蚀

8.3.2 多晶硅膜的刻蚀

8.3.3 金属的干法刻蚀

8.3.4 光刻胶的去除

8.4 干法刻蚀的质量控制

本章小结

本章习题

第9章 掺杂

9.1 概述

9.1.1 掺杂概念

9.1.2 掺杂的两种方法

9.1.3 掺杂工艺流程

9.2 扩散

9.2.1 扩散原理

9.2.2 扩散工艺步骤

9.2.3 扩散设备、工艺参数及其控制

9.2.4 常用扩散杂质源

9.3 离子注入

9.3.1 离子注入原理

9.3.2 离子注入的重要参数

9.3.3 离子注入掺杂工艺与扩散掺杂工艺的比较

9.4 离子注入机

9.4.1 离子源组件

9.4.2 分析磁体

9.4.3 加速聚焦器

9.4.4 扫描偏转系统

9.4.5 靶室及终端台

9.4.6 真空系统

9.5 离子注入工艺

9.5.1 离子注入工艺规范操作

9.5.2 离子注入使用的杂质源及注意事项

9.5.3 退火

9.5.4 关键工艺控制

9.6 离子注入的应用

9.6.1 沟道区及阱区掺杂

9.6.2 多晶硅注入

9.6.3 源漏区注入

9.7 掺杂质量控制

9.7.1 结深的测量及分析

9.7.2 掺杂浓度的测量

9.7.3 污染

9.8 掺杂实验

9.8.1 扩散工艺模拟实验

9.8.2 离子注入工艺模拟实验

本章小结

本章习题

第10章 平坦化

10.1 概述

10.2 传统平坦化技术

10.2.1 反刻

10.2.2 玻璃回流

10.2.3 旋涂玻璃法

10.3 化学机械平坦化

10.3.1 CMP优点和缺点

10.3.2 CMP机理

10.3.3 CMP设备

10.3.4 CMP工艺控制

10.3.5 CMP应用

10.4 CMP质量控制

10.4.1 膜厚的测量及均匀性分析

10.4.2 硅片表面状态的观测方法及分析

本章小结

本章习题

参考文献

本教材的编写简化了深奥的理论论述，在对基本原理介绍的基础上注重对工艺过程、工艺参数的描述以及工艺参数测量方法的介绍，并在半导体制造的几大工艺技术章节中加入了工艺模拟的内容，弥补了实践课程由于昂贵的设备及过高的实践费用而无法进行实践教学的缺憾。在教材编写过程中，从半导体生产企业获得了大量的工艺设备、工艺过程及工艺参数方面的素材对教材进行了充实。
本教材根据目前集成电路的发展趋势，主要介绍了集成电路工艺的前端部分，即清洗、氧化、化学气相淀积、金属化、光刻、刻蚀、掺杂和平坦化等几个主要工艺，具体每一道工艺中都详细讲述了工艺的基本原理、工艺的操作过程和工艺对应的设备，并加入了部分工艺模拟的操作，力求把当前比较新的工艺介绍给读者。
本教材主要供高等院校微电子相关专业的高年级本科生或大专生习，也可以作为从事集成电路工艺工作的工程技术人员自学或进修的参考书。
为方便教学，本书备有免费电子课件，凡选用本教材作为授课教材的学校或教师均可来电索取，咨询电话：010-88379375。