集成电路制造工艺与模拟

本书内容涵盖集成电路制造工艺及模拟仿真知识。详细介绍了集成电路的发展史及产业发展趋势、集成电路制造工艺流程及模拟仿真基础、集成电路制造的材料及相关环境、晶圆的制备与加工；具体讲解了氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、离子注入、平坦化等关键工艺步骤的理论，对氧化、光刻、离子注入等步骤进行工艺模拟仿真，对关键的光刻工艺进行虚拟操作模拟；以NMOS器件为例，介绍了基本CMOS工艺流程及其模拟过程。 本书理论和实践相结合，不仅讲解了集成电路制造工艺及其理论知识，还通过工艺模拟软件及虚拟操作模拟，使读者亲身感受关键的工艺步骤。 本书可作为集成电路设计与集成系统、微电子科学与工程等专业的教材，也可供半导体行业从事芯片制造与加工的工程技术人员学习参考。

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第1章 导论 001 1.1 引言 002 1.2 集成电路的发展历史 002 1.2.1 从分立元件到集成电路 002 1.2.2 集成电路时代划分 005 1.2.3 摩尔定律的终结？ 006 1.3 集成电路产业的发展 007 1.3.1 集成电路产业链 007 1.3.2 产业模式 008 习题 009 第2章 集成电路制造技术及模拟器 010 2.1 引言 011 2.2 集成电路制造技术 011 2.2.1 集成电路制造的阶段划分 011 2.2.2 集成电路制造工艺流程 012 2.2.3 集成电路制造的发展趋势 013 2.3 工艺模拟器 014 2.3.1 ATHENA概述 014 2.3.2 工艺模拟仿真流程 017 2.4 虚拟操作模拟器 021 2.4.1 虚拟操作模拟概述 021 2.4.2 虚拟操作基础 021 习题 023 第3章 集成电路制造材料和化学品及沾污控制 024 3.1 引言 025 3.2 材料 025 3.2.1 半导体 025 3.2.2 硅材料 027 3.2.3 三代半导体材料 028 3.3 化学品 030 3.3.1 液体 030 3.3.2 气体 031 3.4 沾污控制 032 3.4.1 沾污杂质的分类 033 3.4.2 净化间沾污与控制 035 3.4.3 硅的湿法清洗 038 习题 040 第4章 晶圆制备与加工 041 4.1 引言 042 4.2 半导体硅制备 042 4.3 晶体生长 042 4.3.1 直拉法 042 4.3.2 区熔法 044 4.4 晶圆加工与设备 044 4.4.1 整形 045 4.4.2 切片 045 4.4.3 磨片与倒角 046 4.4.4 刻蚀 046 4.4.5 抛光 046 4.4.6 清洗 047 4.4.7 硅片评估 047 4.4.8 包装 047 习题 047 第5章 氧化工艺及模拟 048 5.1 引言 049 5.1.1 氧化的概念 049 5.1.2 二氧化硅膜的性质 049 5.1.3 二氧化硅膜的用途 050 5.2 氧化工艺 052 5.2.1 热氧化方法 052 5.2.2 热氧化原理 053 5.2.3 氧化工艺流程 055 5.3 氧化设备 057 5.3.1 卧式炉 057 5.3.2 立式炉 059 5.3.3 快速热处理设备 059 5.4 氧化工艺模拟 060 5.4.1 参数介绍 060 5.4.2 仿真运行 061 习题 062 第6章 淀积工艺及模拟 063 6.1 引言 064 6.1.1 金属层和介质层 064 6.1.2 薄膜淀积的概念 066 6.1.3 薄膜特性 066 6.1.4 薄膜生长阶段 066 6.1.5 薄膜淀积技术 067 6.2 淀积工艺 068 6.2.1 化学气相淀积 068 6.2.2 原子层淀积 070 6.2.3 外延工艺 071 6.3 淀积设备 072 6.3.1 APCVD 073 6.3.2 LPCVD 073 6.3.3 等离子体辅助CVD 074 6.4 淀积工艺模拟 075 6.4.1 参数介绍 075 6.4.2 仿真运行 077 习题 078 第7章 金属化工艺及模拟 079 7.1 引言 080 7.1.1 金属化的概念 080 7.1.2 金属化的作用 080 7.2 金属化工艺 080 7.2.1 金属化的类型 080 7.2.2 金属淀积 083 7.2.3 传统金属化流程 084 7.2.4 双大马士革流程 084 7.3 金属化工艺设备 085 7.3.1 蒸发设备 085 7.3.2 溅射设备 085 7.3.3 CVD设备 087 7.4 金属化工艺模拟 088 7.4.1 参数介绍 088 7.4.2 仿真运行 088 习题 090 第8章 光刻工艺及模拟 091 8.1 引言 092 8.1.1 光刻的概念及目的 092 8.1.2 光刻的主要参数 092 8.1.3 光源 094 8.1.4 掩模版 094 8.1.5 光刻胶 095 8.1.6 正性光刻和负性光刻 095 8.2 光刻工艺步骤 096 8.2.1 气相成底膜 096 8.2.2 旋转涂胶 097 8.2.3 软烘 097 8.2.4 对准和曝光 097 8.2.5 曝光后烘焙 097 8.2.6 显影 098 8.2.7 坚膜烘焙 098 8.2.8 显影后检查 098 8.3 光刻工艺设备 098 8.3.1 光刻技术的发展历程 098 8.3.2 接触式/接近式光刻机 099 8.3.3 分步重复光刻机 099 8.3.4 步进扫描光刻机 099 8.3.5 浸没式光刻机 100 8.3.6 极紫外光刻机 101 8.3.7 电子束光刻系统 101 8.3.8 晶圆匀胶显影设备 101 8.3.9 湿法去胶系统 102 8.4 下一代光刻技术 102 8.5 光刻工艺模拟 102 8.5.1 参数介绍 102 8.5.2 仿真运行 106 8.6 光刻工艺虚拟操作 110 8.6.1 气相成底膜虚拟操作 111 8.6.2 旋转涂胶模拟操作 111 8.6.3 软烘模拟操作 113 8.6.4 对准和曝光模拟操作 113 8.6.5 曝光后烘焙模拟操作 116 8.6.6 显影模拟操作 116 8.6.7 坚膜烘焙模拟操作 116 8.6.8 显影后检查模拟操作 116 习题 117 第9章 刻蚀工艺及模拟 118 9.1 引言 119 9.1.1 刻蚀的概念 119 9.1.2 刻蚀的参数 119 9.2 刻蚀工艺 121 9.2.1 干法刻蚀 121 9.2.2 湿法刻蚀 122 9.3 刻蚀工艺设备 123 9.3.1 反应离子刻蚀 123 9.3.2 等离子体刻蚀 123 9.3.3 电感耦合等离子体刻蚀 124 9.4 刻蚀工艺模拟 125 9.4.1 参数介绍 125 9.4.2 仿真运行 125 习题 127 第10章 离子注入工艺及模拟 128 10.1 引言 129 10.2 扩散 129 10.2.1 扩散原理 129 10.2.2 扩散工艺 130 10.3 离子注入 130 10.3.1 基本原理 130 10.3.2 离子注入主要参数 131 10.4 离子注入工艺设备 132 10.4.1 扩散工艺设备 132 10.4.2 离子注入工艺设备 132 10.5 扩散工艺模拟 134 10.5.1 参数介绍 134 10.5.2 仿真运行 135 10.6 离子注入工艺模拟 136 10.6.1 参数介绍 136 10.6.2 仿真运行 137 习题 140 第11章 化学机械平坦化工艺及模拟 141 11.1 引言 142 11.2 传统平坦化工艺 142 11.2.1 反刻 142 11.2.2 玻璃回流 142 11.2.3 旋涂膜层 142 11.3 化学机械平坦化工艺 143 11.4 平坦化工艺设备 143 11.5 平坦化工艺模拟 145 11.5.1 参数介绍 145 11.5.2 仿真运行 147 习题 147 第12章 NMOS工艺模拟及仿真 148 12.1 引言 149 12.2 NMOS工艺模拟 149 12.2.1 结构初始化 149 12.2.2 定义衬底 151 12.2.3 栅极氧化 153 12.2.4 离子注入 158 12.2.5 多晶硅栅淀积 160 12.2.6 多晶硅栅刻蚀 161 12.2.7 多晶硅氧化 162 12.2.8 多晶硅掺杂 163 12.2.9 氧化层淀积 164 12.2.10 源极/漏极注入和退火 165 12.2.11 金属淀积 167 12.2.12 器件参数 168 12.2.13 确定电极 170 12.3 NMOS器件仿真 172 12.3.1 ATLAS概述 172 12.3.2 器件仿真流程 172 12.3.3 NMOS结构器件仿真 173 习题 184 参考文献 185