微電子制造技術概論

前言

　　我曾經說過，每當我拿起筆為年輕學者出版一套叢書或一本書寫序的時候，心中總是懷有特別的喜悅，因為這意味著辛勤耕耘后的豐碩收獲，也意味著年輕的學者在進步與發(fā)展的道路上又邁出了新的一步，所以我總是樂意而為主?！　∽?958年T1公司的JackS.Kilby和1959年仙童公司的RobertNoyce發(fā)明集成電路和硅平面集成電路以來，50年間，微電子和集成電路技術可謂發(fā)展神速，如同摩爾規(guī)律（MooreLaw）所描述與預期的那樣，按存儲器算，集成度每18個月翻一番；就微處理器而言，集成度每兩年翻一番；相應特征尺寸則縮小為上一技術節(jié)點的0.7。當前集成電路的集成度已從發(fā)明時的12個元件（2個晶體管、2個電容和8個電阻）發(fā)展到今天的數(shù)十億個元件。集成電路功能日新月異，而成本迅速降低，微處理器上晶體管的價格每年平均下降約26％。2006年，Intel曾發(fā)表了一個很有意味的廣告詞：“現(xiàn)在一個晶體管的價格大約與報紙上一個印刷字母的價格相當”。這就是說，人們只要買得起報紙，就消費得起集成電路。正因為如此，集成電路已廣泛滲透到國民經濟、國家安全建設和人民生活的各個領域，其應用的深度和廣度遠遠超過了其他技術，是當代信息社會發(fā)展的基石。信息是人類社會三大資源之一，而且是目前利用得最不充分的資源。

內容概要

　　《微電子制造技術概論》介紹和描述了集成電路工藝制造的成套工藝流程和各工藝單步的技術內容。對于流程的介紹，除舉例和說明一般性流程特點之外，專有一章說明了流程調度實施的技術與算法；對于各工藝單步，首先根據(jù)各單項工藝技術的作用進行了粗略分類，在此基礎上，從工藝原理、工藝設備技術特點、實踐操作等不同側面，進行了略做擴展的描述?！　　段㈦娮又圃旒夹g概論》可作為集成電路制造相關專業(yè)的本科生和研究生教材，也可供相關專業(yè)人士參考。

作者簡介

　　嚴利人，先后從事集成電路工藝參數(shù)測試、氧化擴散、光刻、工藝設備、流程管理等VLS0制造實踐工作。目前主要的研究方向為工藝分析診斷、光刻工藝設備及工藝技術、VLSI自動化制造等，并在VLSI自動化制造系統(tǒng)的研究和工藝流程開發(fā)規(guī)律、自動流程卡生成、高效率工藝調度等方面取得階段性成果?！　≈苄l(wèi)曾，進行過刻蝕和外延工藝的研究，開發(fā)過用于SiGeHBT的多層金屬互聯(lián)及深槽隔離等專項工藝。目前主要的研究方向是新型半導體器件工藝技術、功率器件的開發(fā)以及器件工藝參數(shù)和電學參數(shù)的測試方法?！　⒌缽V，多年從事Si外延技術，Si3N4、Si02和Poly-Si等薄膜生長工藝研究。在器件工藝及電路方面，自主開發(fā)出自對準、全離子注入、Poly-Si發(fā)射極、ECL數(shù)字模擬兼容的先進工藝，SOl材料和深槽隔離等特色工藝技術，研制成功高壓大電流VDMOS和IGBT樣品?，F(xiàn)從事SiGe低噪聲放大器電路（LNA）、應變硅的高速電路、大功率VDMOS晶體管和功率半導體等方面的研究。

書籍目錄

第1章 集成電路制造技術概論1.1 集成電路的發(fā)展歷史與趨勢1.1.1 集成電路技術發(fā)展歷史1.1.2 ITRS發(fā)展路線圖及未來趨勢1.1.3 集成電路的分類1.2 微結構的概念1.2.1 MEMS器件1.2.2 生物芯片1.2.3 量子器件與納電子器件1.3 微結構制造流程舉例1.3.1 Bipolar工藝1.3.2 CMOS工藝1.3.3 非主流微結構制造技術1.3.4 后道封裝技術及模塊化技術小結參考文獻第2章 新材料生成類工藝2.1 化學氣相淀積2.1.1 化學氣相淀積原理2.1.2 化學氣相淀積的種類2.1.3 化學氣相淀積工藝設計原則2.2 物理淀積2.2.1 蒸發(fā)和濺射2.2.2 涂覆2.3 硅外延和多晶硅的化學氣相淀積2.3.1 硅外延2.3.2 外延中引入摻雜劑2.3.3 圖形外延和選擇性外延2.3.4 硅外延中的缺陷2.3.5 多晶硅的化學氣相淀積2.4 化學氣相淀積SiO2薄膜2.4.1 化學氣相淀積不摻雜SiO2薄膜2.4.2 化學氣相淀積摻雜SiO2薄膜2.5 化學氣相淀積氮化硅薄膜2.6 金屬化2.6.1 鋁薄膜淀積2.6.2 鎢塞2.6.3 銅薄膜淀積2.7 薄膜的臺階覆蓋2.8 薄膜測量2.8.1 薄膜厚度的測量2.8.2 薄膜電阻的測量2.9 真空技術2.9.1 真空的概念與劃分2.9.2 真空系統(tǒng)與真空泵小結參考文獻第3章 改變材料層屬性的工藝（I）3.1 熱氧化3.1.1 熱氧化硅3.1.2 熱氧化工藝3.1.3 熱氧化對雜質再分布的影響3.1.4 熱氧化層中的電荷3.1.5 熱氧化硅在集成電路制造工藝中的應用3.2 雜質擴散3.2.1 雜質在硅中的擴散3.2.2 Fick擴散方程和雜質分布3.2.3 雜質擴散與再分布3.3 離子注入3.3.1 離子注入原理3.3.2 離子注入退火與雜質再分布3.3.3 離子注入機的結構與分類3.3.4 離子注入的其他應用3.4 金屬硅化物3.4.1 金屬硅化物的特性3.4.2 金屬硅化物的形成3.4.3 金屬硅化物在集成電路中的應用小結參考文獻第4章 改變材料層屬性的工藝（II）4.1 刻蝕4.1.1 刻蝕工藝簡介4.1.2 濕法腐蝕4.1.3 干法刻蝕4.1.4 SiO2刻蝕4.1.5 多晶Si刻蝕4.1.6 Si3N4刻蝕4.1.7 Al刻蝕4.1.8 高密度等離子體技術4.2 刻蝕設備4.2.1 刻蝕設備的總體結構4.2.2 等離子體產生技術4.3 刻蝕機的操作編程4.4 其他的材料去除工藝4.4.1 CMP與減薄4.4.2 改變材料屬性工藝的作用強度小結參考文獻第5章 定位工藝技術5.1 光刻工藝過程5.1.1 光刻的作用、重要性與實現(xiàn)方法5.1.2 曝光過程與攝影過程的比較5.1.3 光刻技術的發(fā)展5.1.4 光刻工藝過程5.2 曝光原理5.2.1 曝光光路5.2.2 曝光系統(tǒng)的分辨率5.2.3 相干及擴展光源成像5.2.4 照明5.2.5 焦深5.2.6 影響曝光效果的光學效應5.3 光刻機的結構組成5.3.1 步進式光刻機的總體結構5.3.2 空調腔室5.3.3 燈室5.3.4 版搬送機構和版臺5.3.5 硅片搬送機構和硅片臺5.3.6 激光干涉儀5.3.7 鏡頭5.3.8 性能指標5.3.9 先進光刻機技術特點5.4 光刻機的使用維護5.4.1 使用與維護5.4.2 制版5.4.3 曝光作業(yè)編程5.5 其他光刻工藝設備5.5.1 HMDS熏烘5.5.2 涂膠機5.5.3 顯影機5.5.4 鏡檢裝置小結參考文獻第6章 流程運行調度技術6.1 調度問題概述6.1.1 一般性的調度問題6.1.2 集成電路制造中的作業(yè)調度6.2 流水線式調度6.2.1 流水線式調度算法6.2.2 調度算法與實例6.3 流水線式調度特點及應用的討論小結參考文獻第7章 新穎性工藝技術前瞻7.1 SiGe材料、器件與電路7.1.1 SiGe材料及技術7.1.2 SiGeHBT器件7.1.3 SiGeHBT器件的制造工藝7.1.4 SiGe平面集成工藝7.2 應變硅材料與器件7.2.1 應變硅的基本概念7.2.2 應變硅技術及應用7.3 ALD工藝技術7.3.1 ALD生長機理7.3.2 ALD技術的應用7.4 激光退火與超淺結制作7.4.1 集成電路制造技術發(fā)展與激光退火7.4.2 超淺結激光退火的技術與裝置考慮小結參考文獻

章節(jié)摘錄

　　按所處理的信號的形式分，集成電路可以分成數(shù)字電路、模擬電路和數(shù)?；旌想娐啡箢?。數(shù)字電路所處理的信號，按信號電平可分別代表邏輯上的0或1，數(shù)字電路的邏輯運算，輸出信號也是數(shù)字化的0或1。數(shù)字電路只要求區(qū)分0和1電平，對于元器件的精度和性能要求相對較低。模擬電路處理大小連續(xù)變化的信號，也稱作線性電路。模擬電路對于元器件的精度和性能指標要求相對而言要高許多，電路設計難度較大。數(shù)?；蛘吣?shù)是上述兩種電路的結合，典型的應用有模／數(shù)轉換器和數(shù)／模轉換器。隨著SOC技術的不斷發(fā)展，片上集成的系統(tǒng)越來越復雜，數(shù)?；旌蠎玫碾娐芬彩艿皆絹碓蕉嗟闹匾?，成為集成電路技術發(fā)展的一個重要的方向。

編輯推薦

　　《微電子制造技術概論》從三個層次對集成電路制造工藝技術進行介紹：首先，具體描述主要的集成電路制造單項工藝技術。其中包括薄膜生成類工藝化學氣相淀積多晶硅、氮化硅、氧化硅，蒸發(fā)和／或濺射金屬膜；對薄膜或者器件結構單元的物質材料屬性進行進一步調整的氧化、擴散、離子注入；對薄膜或者器件結構單元的幾何尺寸進行定義或進一步限定的刻蝕，化學機械拋光、減薄等。　　其次，介紹集成電路制造的流程及其具體實施。集成電路制造的流程是底層各單項工藝技術的某種復雜的組合，《微電子制造技術概論》描述了典型的雙極和CMoS工藝流程的細節(jié)。流程的具體實施主要是高效率作業(yè)調度問題，《微電子制造技術概論》介紹了這方面比較有特色的一個調度思路和具體算法。　　最后，略述當前技術進展和一些先進的單項工藝制造技術。這一部分的內容主要取自于各類不同的文獻和綜述資料，包括ITRS發(fā)展路線圖?！　∵@三個層次的闡述和介紹，有助于讀者較為快速地建立起對現(xiàn)代集成電路制造的主要技術和過程實施環(huán)節(jié)比較全面的了解。

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