半导体制造技术导论(第2版)

本书共包括15章：第1章概述了半导体制造工艺；第2章介绍了基本的半导体工艺技术；第3章介绍了半导体器件、集成电路芯片，以及早期的制造工艺技术；第4章描述了晶体结构、单晶硅晶圆生长，以及硅外延技术；第5章讨论了半导体工艺中的加热过程；第6章详细介绍了光学光刻工艺；第7章讨论了半导体制造过程中使用的等离子体理论；第8章讨论了离子注入工艺；第9章详细介绍了刻蚀工艺；第10章介绍了基本的化学气相沉积（CVD）和电介质薄膜沉积工艺，以及多孔低k电介质沉积、气隙的应用、原子层沉积（ALD）工艺过程；第11章介绍了金属化工艺；第12章讨论了化学机械研磨（CMP）工艺；第13章介绍了工艺整合；第14章介绍了优选的CMOS、DRAM和NAND闪存工艺流程；第15章总结了本书和半导体工业未来的发展。

段宝兴，1977年生，男，陕西省大荔县人，博士，教授，博士生导师，分别于2000年和2004年获哈尔滨理工大学材料物理与化学专业学士和硕士学位，2007年获电子科技大学微电子学与固体电子学博士学位。主要从事硅基功率器件与集成、宽带隙半导体功率器件和45nm后CMOS关键技术研究。首次在国际上提出的优化功率器件新技术REBULF已成功应用于横向高压功率器件设计；与合作者提出的SOI高压器件介质场增强ENDILF技术，成功解决了高压器件纵向耐压受限问题；首次在国际上提出了接近3DRESURF及异质结功率半导体概念。先后在国际国内重要期刊上发表论文50余篇，其中30余篇次被SCI、EI检索。担任国际重要学术期刊IEEE Electron Device Letters, Solid-State Electronics, Trans-actions on Electron Devices, IEEE Transactions on Power Electronics和IETE Techiical Review等的审稿人。

第1章导论
1.1集成电路发展历史
1.1.1世界上第一个晶体
1.1.2世界上第一个集成电路芯片
1.1.3摩尔定律
1.1.4图形尺寸和晶圆尺寸
1.1.5集成电路发展节点
1.1.6摩尔定律或超摩尔定律
1.2集成电路发展回顾
1.2.1材料制备
1.2.2半导体工艺设备
1.2.3测量和测试工具
1.2.4晶圆生产
1.2.5电路设计
1.2.6光刻版的制造
1.2.7晶圆制造
1.3小结
1.4参考文献
1.5习题
第2章集成电路工艺介绍
2.1集成电路工艺简介
2.2集成电路的成品率
2.2.1成品率的定义
2.2.2成品率和利润
2.2.3缺陷和成品率
2.3无尘室技术
2.3.1无尘室
2.3.2污染物控制和成品率
2.3.3无尘室的基本结构
2.3.4无尘室的无尘衣穿着程序
2.3.5无尘室协议规范
2.4集成电路工艺间基本结构
2.4.1晶圆的制造区
2.4.2设备区
2.4.3辅助区
2.5集成电路测试与封装
2.5.1晶粒测试
2.5.2芯片的封装
2.5.3最终的测试
2.5.43D封装技术
2.6集成电路未来发展趋势
2.7小结
2.8参考文献
2.9习题
第3章半导体基础
3.1半导体基本概念
3.1.1能带间隙
3.1.2晶体结构
3.1.3掺杂半导体
3.1.4掺杂物浓度和电导率
3.1.5半导体材料概要
3.2半导体基本元器件
3.2.1电阻
3.2.2电容
3.2.3二极管
3.2.4双载流子晶体管
3.2.5MOSFET
3.3集成电路芯片
3.3.1存储器
3.3.2微处理器
3.3.3专用集成电路(ASlC)
3.4集成电路基本工艺
3.4.1双载流子晶体管制造过程
3.4.2P型MOS工艺(20世纪60年代技术)
3.4.3N型MOS工艺(20世纪70年代技术)
3.5互补型金属氧化物晶体管
3.5.1CMOS电路
3.5.2CMOS工艺(20世纪80年代技术)
3.5.3CMOS工艺(20世纪90年代技术)
3.62000年后半导体工艺发展趋势
3.7小结
3.8参考文献
3.9习题
第4章晶圆制造
4.1简介
4.2为什么使用硅材料
4.3晶体结构与缺陷
4.3.1晶体的晶向
4.3.2晶体的缺陷
4.4晶圆生产技术
4.4.1天然的硅材料
4.4.2硅材料的提纯
4.4.3晶体的提拉工艺
4.4.4晶圆的形成
4.4.5晶圆的完成
4.5外延硅生长技术
4.5.1气相外延
4.5.2外延层的生长过程
4.5.3硅外延生长的硬件设备
4.5.4外延生长工艺
4.5.5外延工艺的发展趋势
4.5.6选择性外延
4.6衬底工程
4.6.1绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator，SOI)
4.6.2混合晶向技术(HOT)
4.6.3应变硅
4.6.4绝缘体上应变硅(StrainedSilicononInsulator，SSOI)
4.6.5IC技术中的应变硅
4.7小结
4.8参考文献
4.9习题
第5章加热工艺
5.1简介
5.2加热工艺的硬件设备
5.2.1简介
5.2.2控制系统
5.2.3气体输送系统
5.2.4装载系统
5.2.5排放系统
5.2.6炉管
5.3氧化工艺
5.3.1氧化工艺的应用
5.3.2氧化前的清洗工艺
5.3.3氧化生长速率
5.3.4干氧氧化工艺
5.3.5湿氧氧化工艺
5.3.6高压氧化工艺
5.3.7氧化层测量技术
5.3.8氧化工艺的发展趋势
5.4扩散工艺
5.4.1沉积和驱入过程
5.4.2掺杂工艺中的测量
5.5退火过程
5.5.1离子注入后退火
5.5.2合金化热处理
5.5.3再流动过程
5.6高温化学气相沉积
5.6.1外延硅沉积
5.6.2选择性外延工艺
5.6.3多晶硅沉积
5.6.4氮化硅沉积
5.7快速加热工艺(RTP)系统
5.7.1快速加热退火(RTA)系统
5.7.2快速加热氧化(RTO)
5.7.3快速加热CVD
5.8加热工艺发展趋势
5.9小结
5.10参考文献
5.11习题
第6章光刻工艺
6.1简介
6.2光刻胶
6.3光刻工艺
6.3.1晶圆清洗
6.3.2预处理过程
6.3.3光刻胶涂敷
6.3.4软烘烤
6.3.5对准与曝光
6.3.6曝光后烘烤
6.3.7显影工艺
6.3.8硬烘烤工艺
6.3.9图形检测
6.3.10晶圆轨道步进机配套系统
6.4光刻技术的发展趋势
6.4.1分辨率与景深(DOF)
6.4.2I线和深紫外线
6.4.3分辨率增强技术
6.4.4浸入式光刻技术
6.4.5双重、三重和多重图形化技术
6.4.6极紫外线(EUV)光刻技术
6.4.7纳米压印
6.4.8X光光刻技术
6.4.9电子束光刻系统
6.4.10离子束光刻系统
6.5安全性
6.6小结
6.7参考文献
6.8习题
第7章等离子体工艺
7.1简介
7.2等离子体基本概念
7.2.1等离子体的成分
7.2.2等离子体的产生
7.3等离子体中的碰撞
7.3.1离子化碰撞
7.3.2激发松弛碰撞
7.3.3分解碰撞
7.3.4其他碰撞
7.4等离子体参数
7.4.1平均自由程
7.4.2热速度
7.4.3磁场中的带电粒子
7.4.4玻尔兹曼分布
7.5离子轰击
7.6直流偏压
7.7等离子体工艺优点
7.7.1CVD工艺中的等离子体
7.7.2等离子体刻蚀
7.7.3溅镀沉积
7.8等离子体增强化学气相沉积及等离子体刻蚀反应器
7.8.1工艺的差异性
7.8.2CVD反应室设计
7.8.3刻蚀反应室的设计
7.9遥控等离子体工艺
7.9.1去光刻胶
7.9.2遥控等离子体刻蚀
7.9.3遥控等离子体清洁
7.9.4遥控等离子体CVD(RPCVD)
7.10高密度等离子体工艺
7.10.1感应耦合型等离子体（ICP）
7.10.2电子回旋共振
7.11小结
7.12参考文献
7.13习题
第8章离子注入工艺
8.1简介
8.1.1离子注入技术发展史
8.1.2离子注入技术的优点
8.1.3离子注入技术的应用
8.2离子注入技术简介
8.2.1阻滞机制
8.2.2离子射程
8.2.3通道效应
8.2.4损伤与热退火
8.3离子注入技术硬件设备
8.3.1气体系统
8.3.2电机系统
8.3.3真空系统
8.3.4控制系统
8.3.5射线系统
8.4离子注入工艺过程
8.4.1离子注入在元器件中的应用
8.4.2离子注入技术的其他应用
8.4.3离子注入的基本问题
8.4.4离子注入工艺评估
8.5安全性
8.5.1化学危险源
8.5.2电机危险源
8.5.3辐射危险源
8.5.4机械危险源
8.6离子注入技术发展趋势
8.7小结
8.8参考文献
8.9习题
第9章刻蚀工艺
9.1刻蚀工艺简介
9.2刻蚀工艺基础
9.2.1刻蚀速率
9.2.2刻蚀的均匀性
9.2.3刻蚀选择性
9.2.4刻蚀轮廓
9.2.5负载效应
9.2.6过刻蚀效应
9.2.7刻蚀残余物
9.3湿法刻蚀工艺
9.3.1简介
9.3.2氧化物湿法刻蚀
9.3.3硅刻蚀
9.3.4氮化物刻蚀
9.3.5金属刻蚀
9.4等离子体(干法)刻蚀工艺
9.4.1等离子体刻蚀简介
9.4.2等离子体刻蚀基本概念
9.4.3纯化学刻蚀、纯物理刻蚀及反应式离子刻蚀
9.4.4刻蚀工艺原理
9.4.5等离子体刻蚀反应室
9.4.6刻蚀终点
9.5等离子体刻蚀工艺
9.5.1电介质刻蚀
9.5.2单晶硅刻蚀
9.5.3多晶硅刻蚀
9.5.4金属刻蚀
9.5.5去光刻胶
9.5.6干法化学刻蚀
9.5.7整面干法刻蚀
9.5.8等离子体刻蚀的安全性
9.6刻蚀工艺发展趋势
9.7刻蚀工艺未来发展趋势
9.8小结
9.9参考文献
9.10习题
第10章化学气相沉积与电介质薄膜
10.1简介
10.2化学气相沉积
10.2.1CVD技术说明
10.2.2CVD反应器的类型
10.2.3CVD基本原理
10.2.4表面吸附
10.2.5CVD动力学
10.3电介质薄膜的应用
10.3.1浅沟槽绝缘(STl)
10.3.2侧壁间隔层
10.3.3ILD0
10.3.4ILD1
10.3.5钝化保护电介质层(PD)
10.4电介质薄膜特性
10.4.1折射率
10.4.2薄膜厚度
10.4.3薄膜应力
10.5电介质CVD工艺
10.5.1硅烷加热CVD工艺
10.5.2加热TEOSCVD工艺
10.5.3PECVD硅烷工艺
10.5.4PECVDTEOS工艺
10.5.5电介质回刻蚀工艺
10.5.6O3-TEOS工艺
10.6旋涂硅玻璃
10.7高密度等离子体CVD(HDP-CVD)
10.8电介质CVD反应室清洁
10.8.1RF等离子体清洁
10.8.2遥控等离子体清洁
10.9工艺发展趋势与故障排除
10.9.1硅烷PECVD工艺的发展趋势
10.9.2PE-TEOS发展趋势
10.9.3O3-TEOS发展趋势
10.9.4故障解决方法
10.10化学气相沉积工艺发展趋势
10.10.1低k电介质
10.10.2空气间隙
10.10.3原子层沉积(ALD)
10.10.4高k电介质材料
10.11小结
10.12参考文献
10.13习题
第11章金属化工艺
11.1简介
11.2导电薄膜
11.2.1多晶硅
11.2.2硅化物
11.2.3铝
11.2.4钛
11.2.5氮化钛
11.2.6钨
11.2.7铜
11.2.8钽
11.2.9钴
11.2.10镍
11.3金属薄膜特性
11.3.1金属薄膜厚度
11.3.2薄膜厚度的均匀性
11.3.3应力
11.3.4反射系数
11.3.5薄片电阻
11.4金属化学气相沉积
11.4.1简介
11.4.2钨CVD
11.4.3硅化钨CVD
11.4.4钛CVD
11.4.5氮化钛CVD
11.4.6铝CVD
11.5物理气相沉积
11.5.1简介
11.5.2蒸发工艺
11.5.3溅镀
11.5.4金属化工艺过程
11.6铜金属化工艺
11.6.1预清洗
11.6.2阻挡层
11.6.3铜籽晶层
11.6.4铜化学电镀法(ECP)
11.6.5铜CVD工艺
11.7安全性
11.8小结
11.9参考文献
11.10习题
第12章化学机械研磨工艺
12.1简介
12.1.1CMP技术的发展
12.1.2平坦化定义
12.1.3其他平坦化技术
12.1.4CMP技术的必要性
12.1.5CMP技术优点
12.1.6CMP技术应用
12.2CMP硬件设备
12.2.1简介
12.2.2研磨衬垫
12.2.3研磨头
12.2.4垫片调整器
12.3CMP研磨浆
12.3.1氧化物研磨浆
12.3.2金属研磨用研磨浆
12.3.3钨研磨浆
12.3.4铝与铜研磨浆
12.4CMP基本理论
12.4.1移除速率
12.4.2均匀性
12.4.3选择性
12.4.4缺陷
12.5CMP工艺过程
12.5.1氧化物CMP过程
12.5.2钨CMP过程
12.5.3铜CMP过程
12.5.4CMP终端监测
12.5.5CMP后清洗工艺
12.5.6CMP工艺问题
12.6CMP工艺发展趋势
12.7小结
12.8参考文献
12.9习题
第13章半导体工艺整合
13.1简介
13.2晶圆准备
13.3隔离技术
13.3.1整面全区覆盖氧化层
13.3.2LOCOS
13.3.3STI
13.3.4自对准STI
13.4阱区形成
13.4.1单阱
13.4.2自对准双阱
13.4.3双阱
13.5晶体管制造
13.5.1金属栅工艺
13.5.2自对准栅工艺
13.5.3低掺杂漏极(LDD)
13.5.4阈值电压调整工艺
13.5.5抗穿通工艺
13.6金属高k栅MOS
13.6.1先栅工艺
13.6.2后栅工艺
13.6.3混合型HKMG
13.7互连技术
13.7.1局部互连
13.7.2早期的互连技术
13.7.3铝合金多层互连
13.7.4铜互连
13.7.5铜和低k电介质
13.8钝化
13.9小结
13.10参考文献
13.11习题
第14章IC工艺技术
14.1简介
14.220世纪80年代CMOS工艺流程
14.320世纪90年代CMOS工艺流程
14.3.1晶圆制备
14.3.2浅槽隔离
14.3.3阱区形成
14.3.4晶体管形成
14.3.5局部互连
14.3.6钝化和连接垫区
14.3.7评论
14.42000~2010年CMOS工艺流程
14.520世纪10年代CMOS工艺流程
14.6内存芯片制造工艺
14.6.1DRAM工艺流程
14.6.2堆叠式DRAM工艺流程
14.6.3NAND闪存工艺
14.7小结
14.8参考文献
14.9习题
第15章半导体工艺发展趋势和总结
15.1参考文献