图说集成电路制造工艺

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作者: 编著
2023-08
版次: 1
ISBN: 9787122432902
定价: 99.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 纯质纸
页数: 272页
字数: 304千字
分类: 工程技术
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  • 第1篇  集成电路制备前的准备工作 

    第1章 点石成金的神奇行业 2 

    1.1 有趣的半导体产业历史 2 

    1.1.1 电子管时代 3 

    1.1.2 晶体管时代 4 

    1.1.3 集成电路时代 5 

    1.2 半导体行业现状 11 

    1.2.1 半导体行业概况 11 

    1.2.2 半导体设计业现状 14 

    1.2.3 半导体制造业现状 15 

    1.2.4 半导体封测行业现状 18 

    1.2.5 中国大陆半导体产业现状 20 

    1.3 芯片是怎样炼成的? 24 

    第2章 电子产业的基石——硅 27 

    2.1 炼丹炉里生长硅 27 

    2.2 硅的“脾性” 31 

    2.3 半导体器件的基础——PN结 34 

    2.4 双极型晶体管 37 

    2.5 MOS管 40 

    2.6 应力工程-应变硅 43 

    2.7 鳍式场效应晶体管 46 

    第3章 芯片制造的战略支援部队 47 

    3.1 比手术室还干净的地方——净化间 47 

    3.1.1 良率——半导体制造的生命线 47 

    3.1.2 沾污的类型与来源 48 

    3.1.3 净化间的结构 51 

    3.2 半导体制造中的化学品 52 

    3.2.1 化学溶液 52 

    3.2.2 气体 54 

    3.3 半导体设备 55 

    3.4 半导体测量 56 

    3.5 集成电路设计与制造的桥梁——掩膜版 60 

    第4章 集成电路工艺概述 62 

    4.1 Fab的分区 62 

    4.2 典型CMOS工艺流程 63 

    4.3 集成电路工艺里的“加”“减”“乘”“除” 75 

    第2篇  集成电路工艺中的“加法” 

    第5章 氧化 78 

    5.1 二氧化硅的结构与性质 78 

    5.1.1 二氧化硅的结构 78 

    5.1.2 二氧化硅的物理性质 79 

    5.1.3 二氧化硅的化学性质 80 

    5.2 氧化工艺 81 

    5.2.1 氧化生长机制 81 

    5.2.2 干氧氧化 82 

    5.2.3 水汽氧化 84 

    5.2.4 湿氧氧化 86 

    5.2.5 影响氧化速率的因素 86 

    5.3 二氧化硅的应用 87 

    5.3.1 器件保护与表面钝化 87 

    5.3.2 器件隔离 87 

    5.3.3 栅氧电介质 89 

    5.3.4 掺杂阻挡 89 

    5.3.5 金属层间介质层 90 

    5.3.6 氧化硅的其他应用 90 

    5.3.7 氧化硅的应用总结 91 

    5.4 氧化设备 92 

    5.4.1 卧式炉 92 

    5.4.2 立式炉 93 

    5.4.3 快速热处理(RTP)设备 94 

    5.5 氧化质量检查及故障排除 96 

    5.5.1 氧化质量检查 96 

    5.5.2 氧化故障排除 98 

    第6章 化学气相淀积 99 

    6.1 薄膜淀积概述 99 

    6.2 化学气相淀积工艺 102 

    6.2.1 CVD工艺概述 102 

    6.2.2 CVD淀积系统 104 

    6.2.3 APCVD 105 

    6.2.4 LPCVD 107 

    6.2.5 PECVD 110 

    6.2.6 HDPCVD 111 

    6.2.7 CVD过程中的掺杂 112 

    6.3 介质及其性能 113 

    6.3.1 介电常数k 113 

    6.3.2 低k材料 114 

    6.3.3 超低k材料 115 

    6.3.4 高k材料 116 

    6.4 外延 118 

    6.4.1 外延概述 118 

    6.4.2 气相外延 (VPE) 119 

    6.4.3 分子束外延(MBE) 120 

    6.4.4 金属有机CVD(MOCVD) 120 

    6.5 CVD薄膜质量影响因素及故障排除 121 

    6.5.1 CVD薄膜质量影响因素 121 

    6.5.2 CVD故障检查及排除 121 

    6.5.3 颗粒清除 122 

    第7章 物理法沉积薄膜 124 

    7.1 集成电路工艺中的金属 124 

    7.1.1 铝 125 

    7.1.2 铝铜合金 126 

    7.1.3 铜 127 

    7.1.4 硅化物 128 

    7.1.5 金属填充塞 129 

    7.1.6 阻挡层金属 129 

    7.2 金属淀积工艺 130 

    7.2.1 蒸发 130 

    7.2.2 溅射 131 

    7.2.3 金属CVD 134 

    7.2.4 铜电镀 134 

    7.3 旋涂 135 

    7.4 铝互连工艺流程 135 

    7.5 铜互连工艺流程 136 

    7.5.1 单大马士革工艺 136 

    7.5.2 双大马士革工艺 138 

    7.6 金属薄膜的质量检查及故障排除 138 

    第8章 扩散 139 

    8.1 扩散原理  139 

    8.2 扩散工艺步骤 142 

    8.3 扩散应用 145 

    第9章 离子注入 146 

    9.1 离子注入工艺 146 

    9.2 离子注入机 148 

    9.3 离子注入中的沟道效应 149 

    9.4 离子注入的应用 150 

    9.5 离子注入后的质量测量 152 

    9.6 离子注入中的安全问题 154 

    第3篇  集成电路工艺中的“减法” 

    第10章 清洗硅片 156 

    10.1 清洗目的 156 

    10.2 清洗硅片的标准流程 157 

    10.3 干法清洗工艺 158 

    10.4 硅片清洗设备 159 

    第11章 刻蚀 160 

    11.1 刻蚀概述 160 

    11.1.1 刻蚀原理 160 

    11.1.2 刻蚀分类 160 

    11.1.3 刻蚀参数 162 

    11.2 湿法刻蚀 164 

    11.3 干法刻蚀 165 

    11.3.1 干法刻蚀概述 165 

    11.3.2 二氧化硅的干法刻蚀 167 

    11.3.3 多晶硅的干法刻蚀 167 

    11.3.4 氮化硅的干法刻蚀 169 

    11.3.5 金属的干法刻蚀 169 

    11.3.6 光刻胶的干法刻蚀 171 

    11.3.7 干法刻蚀终点检测 171 

    11.4 刻蚀质量检查 172 

    第12章 化学机械抛光 173 

    12.1 平坦化概述 173 

    12.2 传统平坦化工艺 174 

    12.3 化学机械抛光 175 

    12.3.1 CMP机理 175 

    12.3.2 CMP优缺点 177 

    12.3.3 CMP主要参数 177 

    12.3.4 CMP设备组成 178 

    12.3.5 CMP终点检测 179 

    12.3.6 CMP后清洗 180 

    12.4 CMP应用 181 

    第4篇  集成电路工艺中的“乘法” 

    第13章 离子注入退火 184 

    13.1 掺杂离子注入之后的退火 184 

    13.2 离子注入制备SOI时的退火 186 

    13.3 制备高k介质时的退火 188 

    13.4 退火方式 188 

    第14章 回流 191 

    14.1 PSG回流 191 

    14.2 BPSG回流 192 

    第15章 制备合金 195 

    15.1 制备多晶硅金属硅化物(polycide) 195 

    15.2 制备自对准金属硅化物(salicide) 196 

    15.2.1 制备Ti硅化物 197 

    15.2.2 制备Co硅化物 198 

    15.2.3 制备NiPt硅化物 199 

    15.3 自对准硅化物阻挡层(SAB)技术 199 

    第5篇  集成电路工艺中的“除法” 

    第16章 深紫外(DUV)光刻 202 

    16.1 光刻概述 202 

    16.1.1 光刻原理 202 

    16.1.2 光刻参数 204 

    16.1.3 光刻成本 204 

    16.2 光刻工艺流程 205 

    16.3 气相成底膜处理 209 

    16.4 旋涂光刻胶 210 

    16.4.1 光刻胶的组成 210 

    16.4.2 光刻胶的特性 211 

    16.4.3 对光刻胶的要求 212 

    16.4.4 光刻胶的涂敷 212 

    16.5 软烘 213 

    16.6 对准曝光 214 

    16.6.1 光刻光源 214 

    16.6.2 曝光关键参数 216 

    16.6.3 相移掩膜技术 218 

    16.6.4 光学临近修正 219 

    16.6.5 浸没式光刻技术 220 

    16.7 曝光后烘焙 220 

    16.8 显影 222 

    16.9 坚膜烘焙 223 

    16.10 图案检查 224 

    16.11 光刻设备 224 

    16.11.1 接触式光刻机 225 

    16.11.2 接近式光刻机 225 

    16.11.3 扫描投影光刻机 226 

    16.11.4 分步重复光刻机 226 

    16.11.5 步进扫描光刻机 227 

    16.12 硬掩膜技术 228 

    16.13 双重图案曝光与多重图案曝光技术 229 

    16.14 光刻质量检查 230 

    16.14.1 光刻胶质量检查 230 

    16.14.2 对准和曝光质量检查 231 

    16.14.3 显影质量检查 232 

    16.15 光刻安全 234 

    第17章 极紫外(EUV)光刻 235 

    17.1 EUV光刻原理 235 

    17.2 EUV光刻优点 236 

    17.3 EUV光刻面临的挑战 237 

    17.4 EUV光刻设备 239 

    17.5 EUV光刻技术展望 241 

    第18章 纳米压印——下一代光刻技术 243 

    18.1 纳米压印技术的原理 243 

    18.2 纳米压印技术的发展 245 

    18.3 纳米压印技术的应用 249 

    18.4 纳米压印设备 250 

    第19章 其他光刻技术 252 

    19.1 电子束光刻技术 252 

    19.2 离子束光刻技术 253 

    19.3 X射线光刻技术 254 

    19.4 定向自组装技术 255 

    第6篇  未来的集成电路工艺 

    第20章 集成电路工艺发展趋势 258 

    20.1 未来集成电路的应用领域 258 

    20.2 未来的集成电路工艺发展趋势 258 

    第21章 集成电路产业中的“卡脖子”问题 264 

    21.1 集成电路制造领域 264 

    21.2 集成电路设计领域 265 

    附录 267 

    参考文献 272
  • 目录:
    第1篇  集成电路制备前的准备工作 

    第1章 点石成金的神奇行业 2 

    1.1 有趣的半导体产业历史 2 

    1.1.1 电子管时代 3 

    1.1.2 晶体管时代 4 

    1.1.3 集成电路时代 5 

    1.2 半导体行业现状 11 

    1.2.1 半导体行业概况 11 

    1.2.2 半导体设计业现状 14 

    1.2.3 半导体制造业现状 15 

    1.2.4 半导体封测行业现状 18 

    1.2.5 中国大陆半导体产业现状 20 

    1.3 芯片是怎样炼成的? 24 

    第2章 电子产业的基石——硅 27 

    2.1 炼丹炉里生长硅 27 

    2.2 硅的“脾性” 31 

    2.3 半导体器件的基础——PN结 34 

    2.4 双极型晶体管 37 

    2.5 MOS管 40 

    2.6 应力工程-应变硅 43 

    2.7 鳍式场效应晶体管 46 

    第3章 芯片制造的战略支援部队 47 

    3.1 比手术室还干净的地方——净化间 47 

    3.1.1 良率——半导体制造的生命线 47 

    3.1.2 沾污的类型与来源 48 

    3.1.3 净化间的结构 51 

    3.2 半导体制造中的化学品 52 

    3.2.1 化学溶液 52 

    3.2.2 气体 54 

    3.3 半导体设备 55 

    3.4 半导体测量 56 

    3.5 集成电路设计与制造的桥梁——掩膜版 60 

    第4章 集成电路工艺概述 62 

    4.1 Fab的分区 62 

    4.2 典型CMOS工艺流程 63 

    4.3 集成电路工艺里的“加”“减”“乘”“除” 75 

    第2篇  集成电路工艺中的“加法” 

    第5章 氧化 78 

    5.1 二氧化硅的结构与性质 78 

    5.1.1 二氧化硅的结构 78 

    5.1.2 二氧化硅的物理性质 79 

    5.1.3 二氧化硅的化学性质 80 

    5.2 氧化工艺 81 

    5.2.1 氧化生长机制 81 

    5.2.2 干氧氧化 82 

    5.2.3 水汽氧化 84 

    5.2.4 湿氧氧化 86 

    5.2.5 影响氧化速率的因素 86 

    5.3 二氧化硅的应用 87 

    5.3.1 器件保护与表面钝化 87 

    5.3.2 器件隔离 87 

    5.3.3 栅氧电介质 89 

    5.3.4 掺杂阻挡 89 

    5.3.5 金属层间介质层 90 

    5.3.6 氧化硅的其他应用 90 

    5.3.7 氧化硅的应用总结 91 

    5.4 氧化设备 92 

    5.4.1 卧式炉 92 

    5.4.2 立式炉 93 

    5.4.3 快速热处理(RTP)设备 94 

    5.5 氧化质量检查及故障排除 96 

    5.5.1 氧化质量检查 96 

    5.5.2 氧化故障排除 98 

    第6章 化学气相淀积 99 

    6.1 薄膜淀积概述 99 

    6.2 化学气相淀积工艺 102 

    6.2.1 CVD工艺概述 102 

    6.2.2 CVD淀积系统 104 

    6.2.3 APCVD 105 

    6.2.4 LPCVD 107 

    6.2.5 PECVD 110 

    6.2.6 HDPCVD 111 

    6.2.7 CVD过程中的掺杂 112 

    6.3 介质及其性能 113 

    6.3.1 介电常数k 113 

    6.3.2 低k材料 114 

    6.3.3 超低k材料 115 

    6.3.4 高k材料 116 

    6.4 外延 118 

    6.4.1 外延概述 118 

    6.4.2 气相外延 (VPE) 119 

    6.4.3 分子束外延(MBE) 120 

    6.4.4 金属有机CVD(MOCVD) 120 

    6.5 CVD薄膜质量影响因素及故障排除 121 

    6.5.1 CVD薄膜质量影响因素 121 

    6.5.2 CVD故障检查及排除 121 

    6.5.3 颗粒清除 122 

    第7章 物理法沉积薄膜 124 

    7.1 集成电路工艺中的金属 124 

    7.1.1 铝 125 

    7.1.2 铝铜合金 126 

    7.1.3 铜 127 

    7.1.4 硅化物 128 

    7.1.5 金属填充塞 129 

    7.1.6 阻挡层金属 129 

    7.2 金属淀积工艺 130 

    7.2.1 蒸发 130 

    7.2.2 溅射 131 

    7.2.3 金属CVD 134 

    7.2.4 铜电镀 134 

    7.3 旋涂 135 

    7.4 铝互连工艺流程 135 

    7.5 铜互连工艺流程 136 

    7.5.1 单大马士革工艺 136 

    7.5.2 双大马士革工艺 138 

    7.6 金属薄膜的质量检查及故障排除 138 

    第8章 扩散 139 

    8.1 扩散原理  139 

    8.2 扩散工艺步骤 142 

    8.3 扩散应用 145 

    第9章 离子注入 146 

    9.1 离子注入工艺 146 

    9.2 离子注入机 148 

    9.3 离子注入中的沟道效应 149 

    9.4 离子注入的应用 150 

    9.5 离子注入后的质量测量 152 

    9.6 离子注入中的安全问题 154 

    第3篇  集成电路工艺中的“减法” 

    第10章 清洗硅片 156 

    10.1 清洗目的 156 

    10.2 清洗硅片的标准流程 157 

    10.3 干法清洗工艺 158 

    10.4 硅片清洗设备 159 

    第11章 刻蚀 160 

    11.1 刻蚀概述 160 

    11.1.1 刻蚀原理 160 

    11.1.2 刻蚀分类 160 

    11.1.3 刻蚀参数 162 

    11.2 湿法刻蚀 164 

    11.3 干法刻蚀 165 

    11.3.1 干法刻蚀概述 165 

    11.3.2 二氧化硅的干法刻蚀 167 

    11.3.3 多晶硅的干法刻蚀 167 

    11.3.4 氮化硅的干法刻蚀 169 

    11.3.5 金属的干法刻蚀 169 

    11.3.6 光刻胶的干法刻蚀 171 

    11.3.7 干法刻蚀终点检测 171 

    11.4 刻蚀质量检查 172 

    第12章 化学机械抛光 173 

    12.1 平坦化概述 173 

    12.2 传统平坦化工艺 174 

    12.3 化学机械抛光 175 

    12.3.1 CMP机理 175 

    12.3.2 CMP优缺点 177 

    12.3.3 CMP主要参数 177 

    12.3.4 CMP设备组成 178 

    12.3.5 CMP终点检测 179 

    12.3.6 CMP后清洗 180 

    12.4 CMP应用 181 

    第4篇  集成电路工艺中的“乘法” 

    第13章 离子注入退火 184 

    13.1 掺杂离子注入之后的退火 184 

    13.2 离子注入制备SOI时的退火 186 

    13.3 制备高k介质时的退火 188 

    13.4 退火方式 188 

    第14章 回流 191 

    14.1 PSG回流 191 

    14.2 BPSG回流 192 

    第15章 制备合金 195 

    15.1 制备多晶硅金属硅化物(polycide) 195 

    15.2 制备自对准金属硅化物(salicide) 196 

    15.2.1 制备Ti硅化物 197 

    15.2.2 制备Co硅化物 198 

    15.2.3 制备NiPt硅化物 199 

    15.3 自对准硅化物阻挡层(SAB)技术 199 

    第5篇  集成电路工艺中的“除法” 

    第16章 深紫外(DUV)光刻 202 

    16.1 光刻概述 202 

    16.1.1 光刻原理 202 

    16.1.2 光刻参数 204 

    16.1.3 光刻成本 204 

    16.2 光刻工艺流程 205 

    16.3 气相成底膜处理 209 

    16.4 旋涂光刻胶 210 

    16.4.1 光刻胶的组成 210 

    16.4.2 光刻胶的特性 211 

    16.4.3 对光刻胶的要求 212 

    16.4.4 光刻胶的涂敷 212 

    16.5 软烘 213 

    16.6 对准曝光 214 

    16.6.1 光刻光源 214 

    16.6.2 曝光关键参数 216 

    16.6.3 相移掩膜技术 218 

    16.6.4 光学临近修正 219 

    16.6.5 浸没式光刻技术 220 

    16.7 曝光后烘焙 220 

    16.8 显影 222 

    16.9 坚膜烘焙 223 

    16.10 图案检查 224 

    16.11 光刻设备 224 

    16.11.1 接触式光刻机 225 

    16.11.2 接近式光刻机 225 

    16.11.3 扫描投影光刻机 226 

    16.11.4 分步重复光刻机 226 

    16.11.5 步进扫描光刻机 227 

    16.12 硬掩膜技术 228 

    16.13 双重图案曝光与多重图案曝光技术 229 

    16.14 光刻质量检查 230 

    16.14.1 光刻胶质量检查 230 

    16.14.2 对准和曝光质量检查 231 

    16.14.3 显影质量检查 232 

    16.15 光刻安全 234 

    第17章 极紫外(EUV)光刻 235 

    17.1 EUV光刻原理 235 

    17.2 EUV光刻优点 236 

    17.3 EUV光刻面临的挑战 237 

    17.4 EUV光刻设备 239 

    17.5 EUV光刻技术展望 241 

    第18章 纳米压印——下一代光刻技术 243 

    18.1 纳米压印技术的原理 243 

    18.2 纳米压印技术的发展 245 

    18.3 纳米压印技术的应用 249 

    18.4 纳米压印设备 250 

    第19章 其他光刻技术 252 

    19.1 电子束光刻技术 252 

    19.2 离子束光刻技术 253 

    19.3 X射线光刻技术 254 

    19.4 定向自组装技术 255 

    第6篇  未来的集成电路工艺 

    第20章 集成电路工艺发展趋势 258 

    20.1 未来集成电路的应用领域 258 

    20.2 未来的集成电路工艺发展趋势 258 

    第21章 集成电路产业中的“卡脖子”问题 264 

    21.1 集成电路制造领域 264 

    21.2 集成电路设计领域 265 

    附录 267 

    参考文献 272
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