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第1章 集成电路芯片制造工艺概述1

1.1 集成电路概述1

1.1.1 集成电路的概念1

1.1.2 集成电路的分类2

1.2 制造工艺技术在集成电路发展中的作用2

1.2.1 集成电路发展简史3

1.2.2 集成电路的发展规律5

1.2.3 集成电路的发展展望6

1.2.4 硅微电子技术发展的几个趋势6

1.2.5 硅技术以外的半导体微电子技术发展方向7

1.2.6 集成电路发展面临的问题7

1.3 国内半导体工艺技术现状7

1.4 集成电路芯片工艺基本技术8

1.4.1 工艺制造中的核心步骤8

1.4.2 窗口、图形的确定与掩模板的作用9

1.4.3 主要工艺技术11

思考题16

第2章 氧化技术17

2.1 SiO2的结构、性质及用途17

2.1.1 SiO2的结构17

2.1.2 SiO2的主要性质和作用17

2.2 SiO2的掩蔽作用18

2.2.1 杂质在SiO2中的存在形式18

2.2.2 杂质在SiO2中的扩散系数18

2.2.3 SiO2掩蔽层厚度的确定19

2.3 高温氧化（热氧化）19

2.4 热氧化过程20

2.5 决定氧化速率常数的各种因素23

2.5.1 氧化剂分压的影响23

2.5.2 氧化温度的影响23

2.5.3 硅表面晶向的影响23

2.5.4 杂质的影响24

2.6 热氧化过程中杂质的再分布24

2.6.1 杂质的再分布24

2.6.2 再分布对硅表面杂质浓度的影响25

思考题26

第3章 扩散技术27

3.1 概述27

3.2 扩散机构29

3.2.1 间隙式扩散29

3.2.2 替位式扩散29

3.3 半导体中杂质原子扩散的浓度分布30

3.4 常用杂质的扩散方法34

3.4.1 硼扩散34

3.4.2 磷扩散34

3.4.3 砷扩散35

3.4.4 锑扩散36

3.4.5 金扩散36

3.5 杂质扩散后结深和方块电阻的测量37

3.5.1 结深的测量37

3.5.2 扩散层电阻38

3.5.3 方块电阻的测量39

思考题39

第4章 光刻技术41

4.1 概述41

4.1.1 光刻的基本要求41

4.1.2 光刻的工艺流程42

4.2 光刻胶及其特性44

4.2.1 光刻胶的类型及感光机理44

4.2.2 光刻胶的性能45

4.3 光刻技术47

思考题51

第5章 刻蚀53

5.1 VLSI对图形转移的要求和刻蚀方法53

5.1.1 VLSI对图形转移的要求53

5.1.2 刻蚀方法54

5.2 等离子刻蚀55

5.2.1 等离子体刻蚀原理55

5.2.2 等离子刻蚀装置56

5.2.3 等离子刻蚀的性能56

5.3 反应离子刻蚀（RIE）与离子束刻蚀57

思考题58

第6章 离子注入59

6.1 离子注入设备59

6.2 注入离子的浓度分布与退火60

6.2.1 注入离子浓度分布61

6.2.2 晶格损伤和退火62

6.3 离子注入的特点和应用62

6.3.1 离子注入的特点62

6.3.2 离子注入的应用63

思考题63

第7章 化学气相淀积64

7.1 化学气相淀积的化学过程及薄膜分类64

7.1.1 化学气相淀积的过程64

7.1.2 化学气相淀积的薄膜分类及工艺特点65

7.2 化学气相淀积生长动力学65

7.2.1 薄膜生长过程65

7.2.2 化学气相淀积模型65

7.2.3 衬底表面气体边界层厚度δ（附面层）与hG的关系66

7.3 化学气相淀积系统66

7.3.1 APCVD工艺68

7.3.2 LPCVD工艺69

7.3.3 PECVD工艺（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）72

思考题73

第8章 金属化74

8.1 概述74

8.1.1 金属化工艺的作用74

8.1.2 集成电路对金属化系统的要求74

8.1.3 金属-半导体接触74

8.2 金属化薄膜的制备75

8.2.1 真空蒸发75

8.2.2 溅射77

8.2.3 其他淀积技术78

8.3 金属化互连技术79

8.3.1 金属化系统79

8.3.2 常用金属化系统及其特点80

8.3.3 金属化互连系统中的失效及改进措施82

思考题83

第9章 表面钝化84

9.1 概述84

9.1.1 介质膜（绝缘膜）的作用84

9.1.2 介质膜的一般要求84

9.1.3 介质膜的种类85

9.2 Si-SiO2系统85

9.2.1 Si-SiO2系统中的电荷85

9.2.2 Si-SiO2系统中的电荷对器件性能的影响87

9.2.3 Si-SiO2结构性质的测试分析88

9.3 主要的钝化方法89

9.3.1 含氯氧化89

9.3.2 磷硅玻璃（PSG）和硼磷硅玻璃（BPSG）钝化90

9.3.3 氮化硅（Si3N4）钝化膜91

9.3.4 氧化铝（Al2O3）钝化膜91

9.3.5 聚酰亚胺（PI）钝化膜92

9.4 钝化膜结构93

9.4.1 双层结构93

9.4.2 多层钝化结构94

思考题94

第10章 电学隔离技术96

10.1 二极管的结构97

10.2 双极型晶体管的结构97

10.3 MOS场效应管的结构99

10.3.1 场氧化层的作用99

10.3.2 CMOS电路的结构101

10.4 电阻的结构101

10.5 电容的结构102

10.6 接触孔、通孔和连线102

思考题103

第11章 集成电路制造工艺流程104

11.1 典型的双极集成电路工艺104

11.2 CMOS集成电路工艺107

11.3 0.13 μm/0.18 μmCMOS工艺流程改进109

思考题111

第12章 缺陷控制112

12.1 缺陷的概述112

12.1.1 缺陷的定义112

12.1.2 缺陷的分类112

12.1.3 缺陷的来源113

12.1.4 缺陷的危害114

12.2 缺陷的检测114

12.2.1 检测原理114

12.2.2 检测机台116

12.2.3 缺陷来源的调查方法118

12.3 缺陷的控制方法及成品率提升120

12.3.1 缺陷的控制方法120

12.3.2 缺陷的改善与成品率的提升121

12.4 洁净室122

思考题124

第13章 真空与设备125

13.1 引言125

13.2 真空126

13.2.1 真空范围126

13.2.2 平均自由程127

13.3 真空泵128

13.3.1 初级泵128

13.3.2 高级真空泵129

13.3.3 集成工具中的真空130

13.4 工艺腔内的气流131

13.5 残余气体分析器132

13.5.1 RGA基础132

13.5.2 实时监控的RGA133

13.6 等离子体133

13.7 工艺腔的沾污136

思考题137

附录一 芯片制造材料138

第A1章 硅材料基础知识138

A1.1 硅的性质138

A1.2 晶体基础知识139

A1.3 掺杂半导体的导电性144

第A2章 硅材料的制备146

A2.1 多晶硅的制备146

A2.1.1 冶金级硅材料的制备146

A2.1.2 高纯度多晶硅的制备146

A2.2 单晶硅的制备147

A2.2.1 晶体生长的概念147

A2.2.2 单晶硅的生产方法148

A2.2.3 单晶硅的性能测试150

A2.3 硅片的生产151

思考题155

附录二 Fab厂常用术语的中英文对照156

参考文献160