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第2篇3

第1章　绪论3

1.1 硅器件及其工艺发展简史3

目录3

1.2　硅器件的分类7

1.2.1　分立器件的分类7

1.2.2　集成电路的分类8

1.3　硅器件工艺的特点及要求8

1.3.2　硅器件工艺是高级精密工艺9

1.3.1 硅器件工艺是技术复杂的工艺9

1.3.3　硅器件工艺是迅速发展的工艺11

参考资料12

第2章　硅集成电路元器件13

及集成化工艺13

2.1 集成电路中的电阻元件13

2.1.1　扩散电阻元件14

2.1.2　离子注入电阻元件20

2.1.4　薄膜电阻元件23

2.1.3　多晶硅电阻元件23

2.2　集成电路中的电容元件28

2.2.1　扩散结电容器28

2.2.2 MOS电容器35

2.2.3 薄膜电容器36

2.3 集成晶体管39

2.3.1 集成晶体管的寄生效应39

2.3.2 集成npn晶体管40

2.3.3 集成pnp晶体管43

2.3.4 集成场效应晶体管45

2.4 集成电路中的二极管47

2.4.1 普通二极管47

2.4.2 特种二极管48

2.5 双极集成电路制作流程49

及工艺49

2.5.1 双极TTL电路制作流程与工艺49

2.5.2 肖特基TTL电路制作流程与工艺53

2.5.3 中电压线性集成电路制作流程与工艺54

2.6.1 p沟铝栅MOS工艺55

2.6 MOS集成电路制作流程55

与工艺55

2.6.2 n沟硅栅E/D MOS工艺57

2.6.3 短沟n沟硅栅MOS工艺61

2.6.4 CMOS工艺63

2.7 其它电路68

第3章 硅外延69

3.1 外延种类及材料要求69

3.1.1 硅外延的种类69

3.1.2 器件对硅材料的要求70

3.1.3 外延材料参数的选定73

3.2 外延与器件的关系75

及有关问题75

3.2.1 外延与器件的关系75

3.2.2 外延层杂质分布75

3.2.3 外延层中的外扩散与自掺杂77

3.2.4 外延后的图形漂移与畸变81

3.2.5 外延层缺陷及其减少方法84

3.3.1外延设备概述85

3.3 外延设备与硅源85

3.3.2 三种反应室的特点与比较86

3.3.3 几种常用硅源的选用和比较88

3.4 常压外延工艺90

3.4.1 外延前工艺准备90

3.4.2 外延工序91

3.4.3 外延工艺条件选定与生长速率91

3.4.4 掺杂外延96

3.4.5 提高外延工艺质量的方法98

3.4.6 外延常见工艺问题及其处理99

3.5 低压外延与选择外延101

3.5.1 低压外延101

3.5.2 低压选择外延103

3.5.3 等离子增强CVD外延106

3.6 薄层外延107

3.7 蓝宝石上硅外延（SOS）109

3.7.1 CVD法SOS外延109

3.7.3 固相外延法SOS外延110

3.7.2 分子束外延法SOS外延110

3.8 分子束硅外延112

3.8.1 分子束外延的性质和特点112

3.8.2 分子束外延设备简述112

3.8.3 分子束外延工艺114

3.9 外延层的测量119

3.9.1 外延层厚度测量119

3.9.2 外延层电阻率的测量123

3.9.3 外延层少数载流子寿命测量125

3.9.4 杂质分布测量126

3.9.5 外延层缺陷的测量126

参考资料126

第4章 热氧化128

4.1 二氧化硅膜的结构、性质和128

用途128

4.1.1 二氧化硅结构128

4.1.2 二氧化硅膜的性质130

4.1.3 二氧化硅膜对杂质的掩蔽134

4.1.4 二氧化硅膜在器件中的应用139

4.2 热生长二氧化硅原理141

4.2.1 热氧化动力学142

4.2.2 氧化速率常数与工艺的关系144

4.2.3 干氧中的薄层氧化动力学148

4.2.4 掺氯氧化动力学149

4.2.5 高压氧化的动力学151

4.3 热氧化工艺154

4.3.1 干氧氧化156

4.3.2 水汽氧化159

4.3.3 湿氧氧化160

4.3.4 三种氧化的比较162

4.3.5 常压氢氧合成氧化163

4.3.6 分压氧化165

4.3.7 掺氯氧化170

4.3.8 高压氧化技术174

4.4 热氧化过程中杂质的分凝及182

再分布182

4.4.1 热氧化过程中杂质的分凝现象及其产生原因182

4.4.2 热氧化过程中杂质的再分布183

4.5 氧化膜检测187

4.5.1 氧化膜厚度检测187

4.5.2 氧化膜缺陷检测194

4.5.3 介电系数和击穿特性测量196

4.5.4 应力测量198

4.6 热生长SiO2-Si系统的性质与测试199

4.6.1 热生长氧化硅系统中的电荷199

4.6.2 Si-SiO2结构性质的测试分析201

4.6.3 Si-SiO2结构性质的几种测量方法207

4.6.4 关于MOS电容样品的制备217

参考资料218

第5章 扩散221

5.1 扩散原理221

5.1.1 扩散机构221

5.1.2 杂质在硅中的固溶度222

5.1.3 扩散方程223

5.1.4 扩散系数和扩散的异常性229

结构参数244

5.1.5 扩散层的电学参数与244

5.2 硅中扩散层和次表面层的平246

均电导率？与表面浓度Ns的246

关系曲线246

5.3 扩散杂质源及其扩散特性259

5.3.1　杂质源概述259

5.3.2　硼扩散源260

5.3.3　磷扩散源269

5.3.4　砷扩散源275

5.3.5　锑扩散源277

5.3.6　金和铂扩散源278

5.4　扩散方法279

5.4.1 箱法扩散280

5.4.2　液态源扩散281

5.4.3　片状源扩散282

5.4.4　固-固扩散283

5.4.5　涂源扩散283

5.4.6　气态源扩散284

5.5 有害杂质的扩散及控制285

5.5.1　有害杂质的类别及性质285

5.4.7　闭管扩散285

5.5.2　有害杂质在半导体器件中的作用287

5.5.3　控制有害杂质的方法289

5.6 杂质在多晶硅中的扩散290

5.6.1　多晶硅的特性290

5.6.2　多晶硅中的杂质扩散292

5.6.3　多晶硅的掺杂方法295

处理296

5.7　扩散中常见的工艺问题及其296

5.7.1　硼扩散后薄层电阻Rs偏高或偏低297

5.7.2　扩散对器件击穿电压的影响及纠正措施297

5.7.3　扩散对晶体管放大倍数的影响及纠正措施299

5.7.4　磷扩散中的一些问题300

5.7.5　合金点的产生及其影响300

5.8　扩散层的测量301

5.8.1　扩散结深测量301

5.8.2　扩散层薄层电阻测量305

5.8.3　扩散层杂质分布测量308

参考资料310

第6章　离子注入312

6.1 概述312

6.2　基本原理313

6.2.1　平均投影射程？p、标准偏差σp、横向标准偏差△x313

6.2.2　核阻止本领Sn（E）、电子阻止本领Se（E）314

6.2.3 R、？p和σp的简单计算公式316

6.2.4　LSS理论计算？pσp和△x316

6.2.5　注入杂质的分布328

6.2.6　沟道效应、单晶靶中的射程分布329

6.2.7　结深的估算330

6.2.8　掩蔽膜最小厚度的确定331

6.2.9　注入损伤及损伤分布331

6.2.10　注入损伤的消除332

6.3　离子注入工艺333

6.3.1　注入的工艺条件333

6.3.2　注入掩蔽层的厚度340

6.4　离子注入层的退火341

6.4.1　热退火342

6.4.2　激光退火352

6.4.3　电子束退火355

6.4.4　快速热退火355

6.5 离子注入层的氧化和腐蚀357

性能357

6.6　注入层的检测360

6.6.1　注入层的参数360

6.6.2　检测361

6.7.1　注入损伤形成高阻隔离层363

6.7 非电活性杂质的离子注入363

6.7.2　注入形成介质层364

6.7.3　离子束混合365

6.7.4　离子的源材料367

参考资料370

第7章　隔离技术372

7.1 概述372

7.1.1　隔离技术及其分类372

7.2　pn结隔离373

7.2.1　标准pn结隔离373

7.1.2　隔离工艺设计373

7.2.2　pn结对通隔离376

7.2.3　集电极扩散隔离377

7.3　介质-pn结混合隔离378

7.3.1　等平面氧化物隔离379

7.3.2　多孔硅氧化隔离395

7.3.3　多晶硅隔离398

7.3.4　V形槽隔离400

7.4.1 SiO2-多晶硅介质隔离403

7.4 介质隔离403

7.4.2 V形槽介质隔离404

7.4.3 正沟槽介质隔离404

7.4.4 改进的介质隔离406

7.5 隔离特性的检测与分析406

7.5.1 隔离特性检测407

7.5.2 隔离特性分析408

参考资料409

第8章 光刻410

8.1 概述410

8.2.1 光刻胶的类型及感光机理412

8.2 光刻胶及其特性412

8.2.2 光刻胶的性能429

8.2.3 光刻胶的种类440

8.3 光刻技术440

8.3.1　涂胶440

8.3.2　前烘444

8.3.3　定位与曝光445

8.3.4　显影449

8.3.5　坚膜451

8.3.6　腐蚀452

8.3.7　去胶456

8.4　干法工艺457

8.4.1　干法去胶458

8.4.2　干法腐蚀459

8.4.3　干法显影471

8.5　光刻质量讨论473

参考资料478

9.1.1　CVD的定义及分类480

9.1　CVD原理480

第9章　化学气相淀积480

9.1.2　化学气相淀积动力学481

9.1.3　低压化学气相淀积原理483

9.1.4　等离子体增强化学气相淀积原理485

9.2　化学气相淀积工艺486

9.2.1　CVD工艺基础486

9.2.2　常压CVD工艺特点及设备490

9.2.3　LTCVD SiO2和掺杂SiO2492

9.2.4　LPCVD生产设备及一般工艺特点500

9.2.5　低压低温淀积SiO2和PSG503

9.2.6　低压中温淀积SiO2和PSG505

9.2.7　LPCVD淀积Si3N4513

9.2.8　LPCVD淀积多晶硅和掺杂多晶硅520

9.2.9 PECVD工艺532

9.2.10　光CVD551

9.2.11　CVD金属及金属硅化物554

9.2.12　化学气相淀积用的原材料559

9.3.2　折射率测量563

9.3.1　膜厚测量563

9.3　CVD膜质量检测563

9.3.3　介质膜的电阻率测量564

9.3.4　介质膜的介电强度测量565

9.3.5　介质膜的介电常数测量565

9.3.6　C-V法测试介质膜的钝化565

性能565

9.3.7　膜应力及热膨胀系数的测定566

9.3.8　CVD膜腐蚀速率的测定568

9.3.10 表面形貌、晶体结构、化学组分的分析与测定570

9.3.9　膜的表面缺陷及针孔密度的测定570

9.4 CVD膜在器件制造中的576

应用576

参考资料578

第10章 接触与互连580

10.1 概述580

10.1.1 金属化工艺的作用580

10.1.2 金属化系统的要求580

10.1.3 金属-半导体接触581

10.2.1 常用金属的基本性质582

10.2 常用金属和金属硅化物的582

基本性质582

10.2.2 常用金属硅化物的基本589

性质589

10.2.3 金属-硅平衡相图603

10.3 金属化薄膜的制备603

10.3.1 真空蒸发603

10.3.2 溅射612

10.3.3 其它淀积技术简介619

结特性620

10.4 肖特基势垒及其制备620

10.4.1 金属-半导体肖特基势垒620

10.4.2 肖特基势垒结的制作623

10.4.3 肖特基势垒特性的劣化及防止措施624

10.4.4 几种肖特基势垒二极管的结构和特点626

10.4.5 肖特基势垒二极管的面积626

缩小原理626

10.4.6 几种常用金属-硅肖特基势垒626

10.5.1 金属化系统628

10.5 金属化互连技术628

10.5.2 互连线设计640

10.5.3 互连线制备643

10.6 金属化的检测与在线监控648

10.6.1 膜厚检测648

10.6.2 表面电阻及接触电阻测量653

10.7 附录：金属相图660

参考资料677

11.1.1 钝化膜及介质膜的重要性和作用679

11.1.2 对钝化膜及介质膜性质的一般要求679

第11章 表面钝化679

11.1 概述679

11.1.3 钝化膜及介质膜的种类、特性及其适用范围680

11.2 磷硅玻璃（PSG）和硼磷681

硅玻璃（BPSG）681

11.2.1 PSG和BPSG的性质、特681

点和钝化机理681

11.2.2 PSG和BPSG的钝化工艺683

11.3.1 Si3N4的性质及钝化机理684

11.3 氮化硅（Si3N4）684

11.3.2 制备Si3N4膜的主要工艺技术686

11.4 氧化铝（Al2O3）和其它687

金属氧化物687

11.4.1 Al2O3的性质、特点687

11.4.2 Al2O3膜的制备工艺689

晶硅（SIPOS）695

11.5.1 SIPOS钝化的特点和原理695

11.5 半绝缘掺氧（或掺氮）多695

11.4.3 其它金属氧化物695

11.5.2 SIPOS饨化工艺697

11.5.3 SIPOS钝化的应用699

11.6 非晶硅（a-Si∶H）699

11.6.1 a-Si∶H钝化的特点及699

机理699

11.7.1 聚酰亚胺系树脂的通性700

11.7 聚酰亚胺700

11.6.2 a-Si∶H钝化膜的生长及基本机理700

11.6.3 a-Si∶H钝化膜在硅器件及集成电路上的应用700

11.7.2 聚酰亚胺（PI）的性质和钝化机理701

11.7.3 PI膜的钝化工艺702

11.7.4 PI膜的应用703

参考资料704

12.1 探针接触质量的诊断分析705

12.1.1 探针接触质量的电学诊断法705

第12章 芯片参数分析705

12.1.2 探针接触质量诊断编程注意事项708

12.2 微电子测试结构在半导体710

工艺监测分析中的应用710

12.2.1 半导体材料电阻率的微电子测试结构710

12.2.2 掺杂薄层电阻的微电子测试结构711

12.2.3 导电薄层线宽的微电子测试结构715

12.2.4 掩膜套准误差的测试结构716

12.2.5 “欧姆接触”电阻的微电子测试结构718

12.2.6 半导体表面问题的微电子测试结构及其分析719

12.2.7 LSI中的微电子监测图形分析722

12.2.8 监测结构参数的自动测试系统726

12.3 集成电路中元器件的性能727

分析727

12.3.1 集成电路中电阻的性能分析728

12.3.2 集成电路中晶体管的性能分析731

12.3.3 集成电路中扩散二极管的性能分析737

12.4 双极逻辑门电路的性能741

分析741

12.3.4 集成电路中扩散结电容的性能分析741

12.4.1 TTL门电路的性能分析742

12.4.2 ECL门电路的性能分析752

12.4.3 I2L门电路的性能分析755

12.4.4 STTL门电路的性能分析758

12.5 模拟电路芯片的性能分析762

12.5.1 运算放大器芯片的性能762

分析762

12.5.2 转换器芯片的性能分析764

12.6 MOS电路芯片的性能766

分析766

12.5.3 D/A与运算放大器衔接后766

的性能分析766

12.6.1 MOS单管的基本参数767

失常分析767

12.6.2 MOS集成电路的直流参数分析780

12.6.3 MOS集成电路的交流参数分析785

12.6.4 MOS集成电路的功能分析786

参考资料795

13.2.1 圆片减薄的目的意义797

13.2.2 减薄方法分类和特点797

第13章 组装797

13.2 圆片减薄797

13.1 概述797

13.2.3 减薄工艺798

13.2.4 减薄的技术要求和检测方法799

13.2.5 减薄的设备与材料799

13.3.2 划片的分类和特点801

13.3.3 划片工艺801

13.3 划片与分片801

13.3.1 划片、分片的目的和要求801

13.3.4 分片805

13.3.5 划片设备与刀具805

13.4 检验807

13.4.1 检验的目的与意义807

13.4.2 检验方法和设备807

13.4.3 检验标准808

13.5.1 装架的目的和要求809

13.5.2 装架的分类和特点809

13.5 装架809

13.5.3 装架工艺810

13.5.4 装架设备与工具818

13.6 键合821

13.6.1 丝焊技术821

13.6.2 叩焊和梁式引线技术828

13.6.3 集成电路自动载带键合831

13.6.4 引线键合的设备、工具和材料836

参考资料855

14.2.1 气密性856

14.2 密封要求856

14.1 概述856

第14章 密封与检漏856

14.2.2 湿度控制857

14.2.3 工艺温度858

14.2.4 静电防护858

14.3 焊封工艺859

14.3.1 突缘电阻焊859

14.3.2 钎焊密封工艺865

14.3.3 平行缝焊密封工艺870

14.3.4 特种焊接方法873

14.4.1 基本要求874

14.4 低温玻璃密封工艺874

14.4.2 析晶玻璃（微晶玻璃）与非析晶玻璃的比较875

14.4.3 常用低温玻璃料成分875

14.4.4 常用低温玻璃料性能876

14.4.5 低温玻璃密封工艺877

14.5 粘封工艺878

14.5.1 常用材料的选择878

14.5.2 粘封工艺880

14.6.1 塑封材料882

14.5.3 常见问题及解决办法882

14.6 塑料封装882

14.6.2 塑封工艺885

14.6.3 质量与检验886

14.7 检漏887

14.7.1 漏率887

14.7.2 氦质谱检漏仪背压法887

14.7.3 放射性同位素Kr85检漏法895

14.7.4 氟碳化合物加压检漏法898

14.7.5 半导体管壳检漏900

参考资料901

第15章 管壳902

15.1 概述902

15.2 管壳类型903

15.3　硅器件管壳设计905

15.3.1　管壳电参数设计905

15.3.2　管壳的热设计918

15.3.3　管壳结构设计929

15.4.1 金属-玻璃管壳制造工艺932

15.4 管壳制造工艺932

15.4.2　多层陶瓷管壳制造工艺938

15.4.3　黑陶瓷低熔玻璃管壳工艺943

15.4.4　陶瓷金属化工艺946

15.4.5　管壳金属零件的清洁处理952

15.4.6　钎焊工艺954

15.4.7　管壳电镀工艺956

15.5 管壳材料961

15.5.1　金属材料961

15.5.2　陶瓷材料964

15.5.3　焊料967

15.6　新型管壳简介969

15.6.1　芯片载体和引线网阵969

15.6.2　用于多芯片封装的传热组件（TCM）971

15.6.3　带有热管的封装973

15.6.4　LSI和VLSI封装中的软误974

差问题974

参考资料975

16.1.1　半导体器件产品的失效规律977

第16章　硅器件可靠性977

16.1 概述977

16.1.2　怎样提高硅器件的可靠性980

16.2　加速应力试验982

16.2.1 加速试验的目的和意义982

16.2.2　加速试验的基本原理982

16.2.3　加速试验的实施方法985

16.2.4 同加速试验有关的若干技术问题996

16.3　失效分析999

16.3.1 概述999

16.3.2　失效分析技术999

16.3.3　失效模式和失效机理1008

16.4 可靠筛选和考核1019

16.4.1 筛选的目的和意义1019

16.4.2　筛选条件的选择1019

16.4.3　常用筛选项目或手段简介1020

16.4.4　按质量或可靠性等级确定的筛选程序1024

16.4.6　可靠性考核1029

16.4.5　PDA控制和验收1029

16.4.7 若干可靠性考核试验实例1033

16.5　硅器件的辐照效应及其1046

加固1046

16.5.1　辐射环境1046

16.5.2　辐照效应及其损伤机理1046

16.5.3　硅器件的核加固技术1049

16.5.4　硅器件的电磁脉冲效应及其加固1065

参考资料1067

第17章　清洗1069

17.1 概述1069

17.2　硅片表面洁净度1069

17.2.1　硅片表面状态分类1069

17.2.2　污染质的来源1070

17.2.3　污染质的分类1072

17.2.4　硅片表面洁净度1073

17.3.1　清洗的热力学过程1074

17.3.2　化学清洗的一般步骤1074

17.3 清洗的基本原理1074

17.3.3　硅片清洗剂1075

17.3.4　其它硅片清洗工艺1082

17.3.5　硅片的干燥1083

17.3.6　碱金属离子沾污的预防和清除1083

17.4　清洗用纯水、试剂、气体1084

和环境简介1084

17.4.1　纯水1084

17.4.2　化学试剂的级别1085

17.5.1　常用硅片清洗腐蚀液1086

17.4.3　气体1087

17.4.4　环境1087

17.5　硅片清洗1088

17.5.2　典型清洗方法1089

17.5.3　清洗效果的检测1092

17.6　器具和物料的清洗1093

17.7　化学清洗中的安全操作1096

17.7.1　关于化学药品的危险性1096

17.7.2 安全操作1097

简介1102

17.8.1　常用器具1102

17.8　化学清洗常用器具和设备1102

17.8.2　常用设备1103

参考资料1107

第18章　掩模版制造1108

18.1　掩模原版制造1109

18.1.1　刻图照相法1109

18.1.2　计算机辅助制版1113

18.1.3　光学图形发生器制版1124

18.2.1　精缩机1129

18.2 主掩模制造1129

18.2.2　精缩工艺1131

18.2.3　分步重复的掩模套合误差分析1137

18.2.4　电子束制版1138

18.3　工作掩模制造1145

18.3.1　复印设备及原理1145

18.3.2　复印工艺1146

18.3.3　复印保真度1148

18.4.1　几种底版材料的性能比较1150

18.4　底版材料1150

18.4.2　匀胶铬版1151

18.4.3　氧化铁版1157

18.5　掩模质量控制1162

18.5.1　质量控制标准1162

18.5.2　质量检验方法1163

第19章　计算机辅助设计（CAD）1168

19.1　CAD概述1168

19.2　计算机辅助逻辑设计1169

19.2.1　逻辑设计阶段的CAD基本内容1170

19.2.2　逻辑综合1171

19.2.3　逻辑模拟1174

19.3　电路分析1181

19.3.1　电路方程的建立1181

19.3.2　线性代数方程的求解1190

19.3.3　非线性电路的直流分析1201

19.3.4　动态电路的瞬态分析1209

19.4　计算机辅助器件分析1222

19.4.1　器件分析简介1222

19.4.2　器件分析程序的数值求解及物理模型1223

19.4.3　器件分析程序的用户输入语句1229

19.5　计算机辅助工艺模拟1236

19.5.1 计算机辅助工艺模拟的意义和内容1236

19.5.2　工艺模型模拟程序的语言文本1237

19.5.3　工艺的物理模型1245

19.6　计算机辅助自动测试及1253

分析1253

19.6.1　意义1253

19.6.2　自动测试原理1253

19.6.3　测试软件1258

19.7　展望1264

19.7.1　大网络模拟技术1265

19.7.2　版图自动设计技术1266

19.7.3 自动版图分析和校验系统1267

19.7.4　器件和工艺的精确模拟1267

19.7.7　CAD数据库和CAD系统1268

参考资料1268

19.7.6　优化技术1268

19.7.5　可测试性设计1268

第20章　硅器件工艺展望及新工艺1271

简介1271

20.1　硅工艺发展概述1271

20.1.1　工艺发展与器件发展的1271

关系1271

20.1.2　双极及MOS工艺水平1273

20.1.3　工艺发展的总趋势1274

20.2.1　硅圆片大直径化1275

20.2　硅工艺发展现状及预测1275

20.2.2　材料低缺陷化1278

20.2.3　横向微细加工技术1279

20.2.4　纵向微细加工及工艺低1285

温化1285

20.2.5　工艺控制精密化1290

20.3　新工艺技术选介1294

20.3.1　半导体工艺中的激光加工技术1294

20.3.2　吸除技术1306

20.3.3　绝缘衬底上硅单晶化（SOI）技术1311

参考资料1317