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目录1

第0章　绪论1

0.1　微电子技术是社会信息化的基础1

0.2　集成电路技术新发展2

0.2.1　集成电路的分类2

0.2.2　集成电路的发展趋势及其特点3

0.2.3　微电子技术制造发展趋势4

0.3　微电子技术新领域7

0.3.1 微电子机械系统7

0.3.2　纳米电子技术8

0.3.3　超导微电子技术9

0.3.4　有机微电子技术10

参考文献11

第1章　硅单晶材料的基本性质13

1.1　硅半导体材料的物理性质13

1.1.1　半导体的电子能带结构13

1.1.2　半导体15

1.1.3　硅单晶的光学性质20

1.1.4　硅单晶的热性质23

1.1.5　硅的机械性质31

1.2　硅衬底材料的晶体缺陷34

1.2.1　硅单晶的点缺陷35

1.2.2　硅单晶中的线缺陷（位错）40

1.2.3　硅单晶中的面缺陷（界面）44

参考文献49

第2章　超大规模集成电路硅衬底加工技术工程53

2.1 超大规模集成电路衬底硅单晶的加工成型技术53

2.1.1　单晶锭外形整理53

2.1.2　切片54

2.1.3　倒角56

2.1.4　磨片57

2.1.5　硅单晶研磨片的清洗64

2.1.6　腐蚀67

2.1.7　展望69

2.2　超大规模集成电路硅衬底的抛光技术70

2.2.1　硅衬底的边缘抛光70

2.2.2 IC中硅衬底表面抛光71

2.2.3　抛光液77

2.2.4　抛光硅片表面质量与抛光工艺技术79

2.2.5　展望81

参考文献81

第3章　硅气相外延技术工程83

3.1　硅气相外延在IC技术发展中的作用83

3.2　硅气相外延设备与基本化学反应87

3.2.1　硅气相外延设备87

3.2.2　硅气相外延的基本化学反应89

3.3　外延生长动力学及外延层中浓度的分布90

3.3.1　外延生长速率v与反应剂浓度Y的关系91

3.3.2　两种极限生长情况及反应温度T对v的影响92

3.3.3　气体流速与硅片位置对生长速率的影响93

3.3.4　外延层中杂质浓度分布94

3.4.1　硅烷热分解法外延99

3.4　硅烷热分解法外延与选择外延99

3.4.2　选择外延100

3.5　外延层的缺陷100

3.5.1　外延层缺陷种类及其成因分析101

3.5.2　外延层缺陷检验方法105

3.6　硅CVD外延自掺杂效应的分析研究105

3.6.1　概述105

3.6.2　理论分析106

3.7　硅外延片滑移线产生因素的实验研究108

3.7.1　理论分析109

3.7.2　实验与结果109

3.8.1　概述112

3.7.3　实验结果的讨论112

3.8　硅外延生长的工艺优化——反向补偿法112

3.8.2　理论分析113

3.8.3　实验和结果114

3.8.4　结论115

3.9　硅外延层的快速调温115

3.9.1　硅外延层的快速调温化学气相沉积法115

3.9.2　硅外延工艺中降低外延温度的现状及要求116

3.10　外延片夹层的测试117

3.10.1　外延片中的夹层117

3.10.2　夹层的检测117

3.11.1　基本原理118

3.11　三探针电压击穿法测外延层电阻率118

3.11.3　测试步骤121

3.11.2　测量线路和装置121

3.11.4　测试注意事项122

3.11.5　测量精度122

3.12　电容-电压法测硅外延层纵向杂质分布123

3.12.1　测试基本原理123

3.12.2　用高频Q表的测试方法和测试电路126

3.12.3　测试步骤127

3.12.4　测试数据的处理与杂质浓度的测定127

3.12.5　测准条件与注意事项128

3.12.6　利用C-V测试仪和汞探针测外延片杂质浓度简介129

3.13.1　基本原理130

3.13　二次谐波法测外延层杂质浓度130

3.13.2　测试电路及其工作原理132

3.13.3　仪器的标定133

3.13.4　测试注意事项135

3.14　外延层厚度的测量136

3.14.1　层错法137

3.14.2　红外干涉法137

3.15　用RHEED方法分析半导体薄膜特性139

3.15.1　概述139

3.15.2　实验140

3.16.1　概述143

3.16　高精度X射线双晶衍射仪的原理及其应用143

3.15.4　小结143

3.15.3　实验结果与讨论143

3.16.2　工作原理144

3.16.3　 X射线双晶衍射的优缺点145

3.17　外延片的其他测试方法145

3.18　小结与展望146

参考文献146

第4章　键合技术工程149

4.1　键合的基本原理及基本要求149

4.2　几种主要的键合方法150

4.3.1 键合前晶片表面的表征151

4.3.2　键合界面特性的表征测试151

4.3　键合晶片的表征测试方法151

4.4　键合技术在微电子中的应用152

4.4.1　概述152

4.4.2　用氧等离子体激活处理的低温硅片直接键合技术153

4.4.3 ZnO陶瓷键合Cu电极技术157

4.4.4 AlN薄膜室温直接键合技术161

4.4.5　硅／锗／硅键合技术164

4.4.6　热键合技术及其在激光方面的应用168

4.4.7　微传感器制造中的硅-玻璃静电键合技术172

4.4.8　微机械加工中的图形硅片键合技术176

参考文献182

第5章　微机械加工技术工程185

5.1.1　腐蚀系统简介188

5.1　各向异性腐蚀188

5.1.2　腐蚀速率与晶体取向的关系189

5.1.3　腐蚀速率与腐蚀液成分的关系194

5.1.4　腐蚀速率与硅掺杂浓度的关系196

5.1.5　各向异性自停止腐蚀技术198

5.1.6　各向异性腐蚀的机制201

5.1.7　各向异性腐蚀剂腐蚀出的微结构207

5.1.8　各向异性腐蚀的应用213

5.2　各向同性腐蚀217

5.2.1 HF＋HNO3腐蚀系统的腐蚀原理217

5.2.2　影响半导体单晶电化学腐蚀速率的各种因素218

5.2.3　腐蚀液成分配比对硅表面形貌及角、棱的影响220

5.2.4　各向同性自停止腐蚀223

5.3　阳极腐蚀224

5.3.1 阳极腐蚀原理224

5.3.2　影响阳极腐蚀的因素226

5.3.3　采用阳极腐蚀的自停止腐蚀方法228

5.4　电钝化腐蚀229

5.4.1　电钝化腐蚀原理229

5.4.2　制备n型硅膜的pn结自停止腐蚀方法235

5.4.3　制备p型硅膜的脉冲电压方法239

5.5　表面微机械加工技术241

5.5.1　表面微机械加工的基本概念241

5.5.2　表面微机械加工技术的应用246

5.6.1 LIGA技术249

5.6 LIGA与准LIGA技术工艺249

5.6.2 LIGA技术的推广250

参考文献255

第6章　微电子器件氧化及钝化技术工程259

6.1　二氧化硅的结构260

6.1.1　二氧化硅网络260

6.1.2　非桥键氧和氧空位261

6.2　二氧化硅的性质261

6.2.1　二氧化硅的物理性质261

6.2.2　二氧化硅的化学性质263

6.3　二氧化硅膜的制备及其原理264

6.3.1　热生长氧化法265

6.3.2　热氧化生长动力学268

6.3.3　热氧化的规律271

6.3.4　热分解沉积氧化膜法277

6.3.5　其他氧化方法279

6.3.6　生产中常见的几种质量问题280

6.3.7　硅-二氧化硅界面缺陷282

6.4　二氧化硅-硅界面的物理性质284

6.4.1　热氧化时杂质在界面上的再分布284

6.4.2　反型层现象284

6.5　二氧化硅玻璃中的杂质285

6.5.1 SiO2网络中的杂质285

6.5.2 Revesz模型和结晶化287

6.5.4　二氧化硅中Na＋离子的影响288

6.5.3 HCl氧化的作用288

6.6　杂质在二氧化硅中的扩散289

6.6.1　杂质在SiO2层中的扩散系数289

6.6.2　二氧化硅掩蔽杂质扩散的可能性291

6.6.3　掩蔽杂质扩散所需要的最小的SiO2层厚度292

6.7　二氧化硅膜质量的检验293

6.7.1　氧化层膜厚的测定293

6.7.2　氧化膜缺陷的检测297

6.8　表面钝化297

6.8.1 SiO2-Si系统中的电荷298

6.8.2 IC制程中的氮化硅钝化膜312

6.8.3　三氧化二铝的钝化技术314

6.8.4　低温钝化技术及半绝缘多晶硅钝化膜319

参考文献321

第7章　扩散与离子注入323

7.1　扩散原理与模型323

7.1.1 固体中的扩散模型323

7.1.2　扩散机制324

7.2　常用元素的扩散技术原理329

7.2.1　电场加速的扩散329

7.2.2　常用的砷、硼、磷扩散330

7.2.3　扩散设备与扩散源332

7.3　扩散的测量技术334

7.3.1　结深和薄层电阻334

7.3.2　剖面分布测量335

7.4　离子注入技术与原理338

7.4.1 原理340

7.4.2　离子注入设备342

7.4.3　工艺技术348

7.4.4　应用350

7.5　小结与展望351

参考文献352

第8章　IC制备中制版技术及原理355

8.1　制版概述355

8.1.1　制版意义355

8.1.2　制版工艺流程简介355

8.1.3　掩膜版的基本构造及质量要求357

8.2.1　制版技术的光学原理358

8.2　超微粒干版制备技术及原理358

8.2.2　超微粒干版的显像原理361

8.3　铬版制备技术365

8.3.1　铬版的特点365

8.3.2　铬版的制备365

8.3.3　用铬版复印光刻版367

8.3.4　铬膜质量的几点讨论368

8.4　氧化铁版制备技术369

8.4.1　化学气相沉积（CVD）法制备氧化铁版原理370

8.4.2　涂敷法制氧化铁版原理372

8.5　其他光刻制版技术376

8.5.1　传统光学光刻及制版技术面临的挑战376

8.5.2　后光学光刻及制版技术的发展378

参考文献383

第9章　IC制备中的图形转移技术及原理385

9.1 光刻胶的光敏原理386

9.1.1　光刻胶化学性质与作用386

9.1.2　光刻胶涂布显影工艺387

9.1.3　光刻胶涂布与显影设备390

9.2　分辨率与焦距深度390

9.3　光刻对准曝光设备391

9.3.1　接触式对准机391

9.3.2　间隙式对准机392

9.3.3　投射式对准机392

9.4.2　光刻胶厚度曲线（SwingCurve）393

9.4　工艺参数条件设定393

9.4.1　选择光刻胶393

9.4.3　最佳焦距与曝光量394

9.4.4　工艺空间（Process Window）394

9.5　显影后的检查395

9.6　线宽控制及对准检查396

9.6.1　线宽控制396

9.6.2　对准检查398

9.7　变形照明及移相掩膜技术399

9.7.1　变形照明（偏轴光源）399

9.7.2　移相掩膜技术401

9.8　图形转移工艺计算机模拟403

9.9　邻近效应修正技术404

9.10.1 电子束光刻技术405

9.10　电子束光刻、X射线光刻技术405

9.10.2 X射线光刻技术408

参考文献410

第10章　IC制备中的刻蚀技术411

10.1　湿法刻蚀技术及原理411

10.1.1　二氧化硅的湿法刻蚀412

10.1.2　硅的刻蚀413

10.1.3　氮化硅刻蚀413

10.1.4　铝的刻蚀413

10.1.5　铬的刻蚀414

10.2.1　等离子体概述415

10.2　干法刻蚀技术及原理415

10.2.2　干法刻蚀用设备419

10.2.3　半导体制备中常用材料的干法刻蚀介绍422

10.2.4　终点检测（EndPointDetection）428

10.3　刻蚀技术新进展430

10.3.1 四甲基氢氧化铵湿法刻蚀430

10.3.2　软刻蚀431

10.3.3　约束刻蚀剂层技术434

参考文献435

第11章　IC制备中多层布线与全面平坦化技术与原理437

11.1.1 从真空管到IC，再到大型集成电路的历程438

11.1.2　化学机械抛光在大型集成电路制程上的必要性438

11.1　化学机械抛光的发展及技术要求438

11.1.3　平坦化方法与化学机械抛光439

11.1.4 CMP的应用工程及要求条件440

11.1.5　总结444

11.2　超精密CMP机理444

11.2.1　概述444

11.2.2 CMP的要求事项445

11.2.3　精密研磨法与研磨机制简介445

11.2.4 CMP的各项要素449

11.3 CMP的要素技术450

11.3.1 CMP装置的技术450

11.3.2　影响CMP质量与效率的研磨液461

11.3.3　决定平坦化均匀度的研磨垫468

11.3.4 CMP后的清洗技术476

11.3.5 CMP中测定与工程种类的关系483

11.4　铜布线484

11.4.1　铜布线工艺485

11.4.2　国际上的两种抛光液487

11.4.3　一种新型碱性抛光液489

11.4.4　有机碱的选择491

11.4.5 多层布线铜CMP动力学493

11.4.6　小结494

11.5 CMP的发展495

11.5.1 CMP技术的登场495

11.5.2 CMP技术的困难495

11.5.4　固定磨料的CMP496

11.5.3 CMP的技术改良496

11.5.5　结束语497

参考文献497

第12章　IC制备中的封装技术与原理501

12.1　引言501

12.1.1　微电子封装的发展501

12.1.2　电子封装技术简介502

12.1.3　封装类型503

12.2　陶瓷封装505

12.2.1　陶瓷封装简介505

12.2.2　陶瓷封装材料505

12.2.3　陶瓷封装的制备工艺506

12.2.4　其他陶瓷封装材料及工艺508

12.3　塑料封装510

12.3.1　塑料封装的材料510

12.3.2　塑料封装的制备工艺512

12.3.3　塑料封装的可靠性试验513

12.4　封装的化学原理514

12.4.1　装架工艺化学原理514

12.4.2　陶瓷金属化516

12.4.3　塑料封装的化学原理517

12.5　新型封装技术524

12.5.1　倒装焊技术的发展历程及前景524

12.5.2　系统级封装526

12.5.3 下一代微型器件组装技术——电场贴装527

12.5.4　技术新趋向529

参考文献530

第13章　IC制备中的金属处理技术与原理533

13.1　金属化学气相沉积技术与原理533

13.1.1　TiN金属化学气相沉积阻挡层533

13.1.2　钨化学气相沉积541

13.1.3　铜化学气相沉积543

13.1.4　铝化学气相沉积549

13.2　金属物理气相沉积技术与原理550

13.2.1　改进阶梯覆盖率550

13.2.2　铝插塞及平坦化过程552

13.2.3　未来PVD的发展趋势553

13.3　金属中的电迁移554

13.3.1　电迁移的驱动力555

13.3.2　有效电荷数的计算557

13.3.3　电迁移的测量558

13.3.4　金属超细线条中的电迁移559

13.4　表面动力学过程560

13.4.1　表面原子560

13.4.2　原子团上的气相压力561

13.4.3　原子团的“熟化”生长机理563

13.4.4　原子团的聚合生长机理566

13.4.5　表面台阶成核模型567

13.5　电极制备570

13.5.1　欧姆接触570

13.5.2　蒸发与溅射573

13.5.3　多层电极582

13.5.4　键合585

13.6　小结587

参考文献587

第14章　硅单晶性质的检测设备与技术591

14.1　硅单晶缺陷的检测591

14.1.1　选择性腐蚀的技术591

14.1.2　电化学腐蚀条件及其反应592

14.1.3　影响半导体单晶电化学腐蚀速率的各种因素593

14.1.4　电化学腐蚀在半导体技术中的应用596

14.1.5　光学显微镜的应用597

14.2　导电类型的测量597

14.2.1　导电类型的测量方法598

14.2.2　测量条件的分析599

14.3　电阻率的测量600

14.3.1　两探针法601

14.3.2　四探针法601

14.3.3　涡电流法605

14.3.4　扩展电阻探针法606

14.3.5 C-V法607

14.4　单晶晶向检测610

14.4.1 晶向与半导体工艺的关系610

14.4.2 X射线衍射法（X-ray Diffraction Method）612

14.4.3　光点定向法614

14.5.1　测量原理616

14.5　氧浓度的测量616

14.5.2　红外光谱仪种类617

14.5.3　测量工艺和方法619

14.5.4　测量条件和误差分析619

14.6　非平衡少数载流子寿命的测量621

14.6.1　概述621

14.6.2　少子寿命的测量方法622

14.7　超微量分析技术626

14.7.1　感应耦合等离子质谱仪627

14.7.2　石墨炉原子吸收光谱仪628

14.7.3　全反射X射线荧光光谱仪628

14.7.4 X射线电子能谱仪628

14.7.6　扫描探针显微镜——原子力显微镜630

14.7.5 X射线表面状态测量仪630

14.7.7　俄歇电子能谱仪632

14.7.8　扫描电子显微镜632

14.7.9　透射电子显微镜634

参考文献637

附录A　硅单晶片材料及半导体工业常用名词的解释641

附录B　硅在300K的物理常数647

附录C　物理基本常数648

附录D　长度单位转换表648

附录E　压力单位转换表649

附录F　能量单位转换表649

附录G　力单位转换表649