半導(dǎo)體制造技術(shù)

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請(qǐng)各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國外教材問題。與會(huì)同志對(duì)出版社提出的計(jì)劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對(duì)我國通信事業(yè)、特別是對(duì)高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會(huì)很有好處?！　〗滩慕ㄔO(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個(gè)嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實(shí)驗(yàn)室出版的一套28本雷達(dá)叢書，對(duì)近代電子學(xué)科、特別是對(duì)雷達(dá)技術(shù)的推動(dòng)作用，就是一個(gè)很好的例子。　　我國領(lǐng)導(dǎo)部門對(duì)教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點(diǎn)和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對(duì)高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應(yīng)這種情況，更是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問題。解決這個(gè)問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進(jìn)和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是會(huì)有好處的?！　∫荒甓鄟?，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個(gè)“國外電子與通信教材系列”項(xiàng)目組，選派了富有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細(xì)資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會(huì)，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對(duì)高校通信教學(xué)和教材改革能起一定作用?！　≡谶@里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德。　　隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)高校教學(xué)工作會(huì)不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進(jìn)國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實(shí)際。教材和學(xué)術(shù)專著不同，既要注意科學(xué)性、學(xué)術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學(xué)；引進(jìn)的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對(duì)目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進(jìn)一些先進(jìn)的和正在發(fā)展中的交叉學(xué)科的參考書；要與國內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學(xué)生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用。　　最后，預(yù)祝“國外電子與通信教材系列”項(xiàng)目取得成功，為我國電子與通信教學(xué)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對(duì)這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時(shí)更正。

內(nèi)容概要

　　本書詳細(xì)追述了半導(dǎo)體發(fā)展的歷史并吸收了各種新技術(shù)資料，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)本書的評(píng)價(jià)都很高。全書共分20章，根據(jù)應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的主要技術(shù)分類來安排章節(jié)，包括與半導(dǎo)體制造相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)信息；總體流程圖的工藝模型概況，用流程圖將硅片制造的主要領(lǐng)域連接起來；具體講解每一個(gè)主要工藝；集成電路裝配和封裝的后部工藝概況。此外，各章為讀者提供了關(guān)于質(zhì)量測量和故障排除的問題，這些都是會(huì)在硅片制造中遇到的實(shí)際問題。
　　本書適合作為高等院校微電子技術(shù)專業(yè)的教材，也可作為從事半導(dǎo)體制造與研究人員的參考書及公司培訓(xùn)員工的標(biāo)準(zhǔn)教材。

書籍目錄

第1章 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹
目標(biāo)
1.1 引言
1.2 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
1.3 電路集成
1.4 集成電路制造
1.5 半導(dǎo)體趨勢
1.6 電子時(shí)代
1.7 在半導(dǎo)體制造業(yè)中的職業(yè)
1.8 小結(jié)
第2章 半導(dǎo)體材料特性
目標(biāo)
2.1 引言
2.2 原子結(jié)構(gòu)
2.3 周期表
2.4 材料分類
2.5 硅
2.6 可選擇的半導(dǎo)體材料
2.7 小結(jié)
第3章 器件技術(shù)
目標(biāo)
3.1 引言
3.2 電路類型
3.3 無源元件結(jié)構(gòu)
3.4 有源元件結(jié)構(gòu)
3.5 CMOS器件的閂鎖效應(yīng)
3.6 集成電路產(chǎn)品
3.7 小結(jié)
第4章 硅和硅片制備
目標(biāo)
4.1 引言
4.2 半導(dǎo)體級(jí)硅
4.3 晶體結(jié)構(gòu)
4.4 晶向
4.5 單晶硅生長
4.6 硅中的晶體缺陷
4.7 硅征制備
4.8 質(zhì)量測量
4.9 外延層
4.10 小結(jié)
第5章 半導(dǎo)體制造中的化學(xué)品
目標(biāo)
5.1 引言
5.2 物質(zhì)形態(tài)
5.3 材料的屬性
5.4 工藝用化學(xué)品
5.5 小結(jié)
第6章 硅片制造中的沾污控制
目標(biāo)
6.1 引言
6.2 沾污的類型
6.3 沾污的源與控制
6.4 硅片濕法清洗
6.5 小結(jié)
第7章 測量學(xué)和缺陷檢查
目標(biāo)
7.1 引言
7.2 集成電路測量學(xué)
7.3 質(zhì)量測量
7.4 分析設(shè)備
7.5 小結(jié)
第8章 工藝腔內(nèi)的氣體控制
目標(biāo)
8.1 引言
8.2 真空
8.3 真空泵
8.4 工藝腔內(nèi)的氣流
8.5 殘氣分析器
8.6 等離子體
8.7 工藝腔的結(jié)構(gòu)
8.8 小結(jié)
第9章 集成電路制造工藝概況
目標(biāo)
9.1 引言
9.2 CMOS工藝流程
9.3 CMOS制作步驟
9.4 小結(jié)
第10章 氧化
目標(biāo)
10.1 引言
10.2 氧化膜
10.3 熱氧化生長
10.4 高溫爐設(shè)備
10.5 臥式與立式爐
10.6 氧化工藝
10.7 質(zhì)量測量
10.8 氧化檢查及故障排除
10.9 小結(jié)
第11章 淀積
目標(biāo)
11.1 引言
11.2 膜淀積
11.3 化學(xué)氣相淀積
11.4 CVD淀積系統(tǒng)
11.5 介質(zhì)及其性能
11.6 旋涂絕緣介
11.7 外延
11.8 CVD質(zhì)量測量
11.9 CVD檢查及故障排除
11.1 0小結(jié)
第12章 金屬化
目標(biāo)
12.1 引言
12.2 金屬類型
12.3 金屬淀積系統(tǒng)
12.4 金屬化方案
12.5 金屬化質(zhì)量測量
12.6 金屬化檢查及故障排除
12.7 小結(jié)
第13章 光刻：氣相成底膜到軟烘
目標(biāo)
13.1 引言
13.2 光刻工藝
13.3 光刻工藝的8個(gè)基本步驟
13.4 氣相成底膜處理
13.5 旋轉(zhuǎn)涂膠
13.6 軟烘
13.7 光刻膠質(zhì)量測量
13.8 光刻膠檢查及故障排除
13.9 小結(jié)
第14章 光刻：對(duì)準(zhǔn)和曝光
目標(biāo)
14.1 引言
14.2 光學(xué)光刻
14.3 光刻設(shè)備
14.4 混合和匹配
14.5 對(duì)準(zhǔn)和曝光質(zhì)量測量
14.6 對(duì)準(zhǔn)和曝光檢查及故障排除
14.7 小結(jié)
第15章 光刻：光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)
目標(biāo)
15.1 引言
15.2 曝光后烘焙
15.3 顯影
15.4 堅(jiān)膜
15.5 顯影檢查
15.6 先進(jìn)的光刻技術(shù)
15.7 顯影質(zhì)量測量
15.8 顯影檢查及故障排除
15.9 小結(jié)
第16章 刻蝕
目標(biāo)
16.1 引言
16.2 刻蝕參數(shù)
16.3 干法刻蝕
16.4 等離子體刻蝕反應(yīng)器
16.5 干法刻蝕的應(yīng)用
16.6 濕法腐蝕
16.7 刻蝕技術(shù)的發(fā)展歷程
16.8 去除光刻膠
16.9 刻蝕檢查
16.1 0刻蝕質(zhì)量測量
16.1 1干法刻蝕檢查及故障排除
16.1 2小結(jié)
第17章 離子注入
目標(biāo)
17.1 引言
17.2 擴(kuò)散
17.3 離子注入
17.4 離子注入機(jī)
17.5 離子注入在工藝集成中的發(fā)展趨勢
17.6 離子注入質(zhì)量測量
17.7 離子注入檢查及故障排除
17.8 小結(jié)
第18章 化學(xué)機(jī)械平坦化
目標(biāo)
18.1 引言
18.2 傳統(tǒng)的平坦化技術(shù)
18.3 化學(xué)機(jī)械平坦化
18.4 CMP應(yīng)用
18.5 CMP質(zhì)量測量
18.6 CMP檢查及故障排除
18.7 小結(jié)
第19章 硅片測試
目標(biāo)
19.1 引言
19.2 硅片測試
19.3 測試質(zhì)量測量
19.4 測試檢查及故障排除
19.5 小結(jié)
第20章 裝配與封裝
目標(biāo)
20.1 引言
20.2 傳統(tǒng)裝配
20.3 傳統(tǒng)封裝
20.4 先進(jìn)的裝配與封裝
20.5 封裝與裝配質(zhì)量測量
20.6 集成電路封裝檢查及故障排除
20.7 小結(jié)
附錄A 化學(xué)品及安全性
附錄B 凈化間的沾污控制
附錄C 單位
附錄D 作為氧化層厚度函數(shù)的顏色
附錄E 光刻膠化學(xué)的概要
附錄F 刻蝕化學(xué)
術(shù)語表

章節(jié)摘錄

　　4.8.7體電阻率　　硅錠的體電阻率依賴于在晶體生長前摻雜到硅熔體中的雜質(zhì)濃度?；仡U一下，最普通的雜質(zhì)足產(chǎn)生p型硅的硼和產(chǎn)生n型硅的磷。將這些三族或五族雜質(zhì)加入到硅中的結(jié)果足通過提高載流子遷移率來減小電阻率?！　≡谡麄€(gè)體硅中得到均勻電阻率是很重要的。但在實(shí)際的晶體生長過程中，沿半徑方向存在溫度梯度，使硅錠中心位置達(dá)到最大值并由內(nèi)到外逐漸減小。徑向的溫度梯度使硅錠沿半徑方向的摻雜濃度不同”。　　在硅錠兩端去除掉以后，檢查硅錠電阻率和均勻性。電阻率是用四探針方法來測量的：測艟工具將在第7章介紹。　　4.9　外延層　　在某些情況下，需要硅片有非常純的與襯底有相同晶體結(jié)構(gòu)（單晶）的硅表面，還要保持對(duì)雜質(zhì)類型和濃度的控制。這要通過在硅表面淀積一個(gè)外延層來達(dá)到。外延（epitaxial）是由兩個(gè)希臘詞組成的，epi意思是“在上面”，trdxis意思是“排列”。　　在硅外延中，硅基片作為籽晶在硅片上面生長一薄層硅。新的外延層會(huì)復(fù)制硅片的晶體結(jié)構(gòu)，由于襯底硅片是單晶，外延層也.是單晶。而且，外延層可以是n型也可以足p型，這并不依賴于原始硅片的摻雜類型。例如，在p型硅片上外延一層電學(xué)活性雜質(zhì)濃度比襯底還要低的p型硅足可以的（見圖4.28）?！　」柰庋影l(fā)展的起因是為了提高雙極器件和集成電路的性能。外延可以在重?fù)诫s的襯底上生長一層輕摻雜的外延層。這在優(yōu)化pn結(jié)的擊穿電壓的同時(shí)降低了集電極電阻，在適中的電流強(qiáng)度下提高了器件速度。外延在CMOs集成電路中變得重要起來，因?yàn)殡S著器件尺寸不斷縮小它將閂鎖效應(yīng)降到最低。外延層通常是沒有沾污的（比如沒有氧顆粒，它不是真正的cz法生長的硅）?！　⊥庋訉拥暮穸瓤梢圆煌糜诟咚贁?shù)字電路的典型厚度是0.5到5微米，用于硅功率器件的典型厚度是50到100微米弛。在硅上淀積外延層的方法將在第ll章淀積的主題下討論?！　?.10　小結(jié)　　自然硅用來生產(chǎn)超純的半導(dǎo)體級(jí)多晶硅。硅是一種在原子層面上有著重復(fù)Fcc金剛石晶胞結(jié)構(gòu)的晶體。晶向由密勒指數(shù)確定，（100）方向是M0s器件最常用的。為了生產(chǎn)芯片的需要，通過使用cz法及被稱做拉單晶爐的設(shè)備來將多晶硅轉(zhuǎn)變成硅片制造所需的單晶硅錠?？稍赾z工藝中將摻雜材料加入到液態(tài)硅中以達(dá)到合適的摻雜水平。為了生長純硅要嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)。一種替代工藝，區(qū)熔法生產(chǎn)的硅有非常低的氧含量。

編輯推薦

　　《半導(dǎo)體制造技術(shù)》旨在介紹半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)中的新工具和技術(shù)，以便提高讀者在工作過程中理解與使用相同或類似工具的能力。全書在細(xì)節(jié)上覆蓋了用于亞0.25um（O.18um及以下）工藝的新技術(shù)，通過描述早期的工具和工藝來闡明現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展。書中包括銅互連、化學(xué)機(jī)械平坦化（CMP）、低K介質(zhì)工藝、淺槽隔離（STl）、深紫外化學(xué)放大光刻膠、步進(jìn)與掃描系統(tǒng)、具有雙大馬士革的銅金屬化等。書中還解釋了產(chǎn)業(yè)變化漫長歷史中的所有工藝和設(shè)備，以及工藝需求和設(shè)備性能的技術(shù)關(guān)系，并給出了設(shè)備潛在性能與最佳制造所需工藝參數(shù)之間的折中?！　　栋雽?dǎo)體制造技術(shù)》主要特點(diǎn)：　　在工藝章節(jié)（第10章至第18章）中討論了關(guān)于設(shè)備和工藝的質(zhì)量測量及故障排除等問題，在硅片制造中會(huì)遇到這些問題　　全書通過大量生動(dòng)的圖表和具體翔實(shí)的數(shù)據(jù)來解釋技術(shù)性內(nèi)容，為讀者提供了視覺支持，以掌握抽象的概念和原理　　每章最后有小結(jié)、關(guān)鍵術(shù)語、相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商網(wǎng)站和復(fù)習(xí)題　　附錄中給出了關(guān)于安全性和技術(shù)信息等頗有價(jià)值的內(nèi)容

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