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目录1

第一章 概论1

1.1半导体工业1

1.2平面工艺1

1.3器件制造工艺1

图1-1增长预测2

图1-2NMOS工艺流程剖面示意图5

1.3.1栅长L=2～3μm，氧化物绝缘的硅栅NMOS工艺流程（参阅图1-2）5

图1-3CMOS工艺流程剖面示意图11

1.3.2氧化物绝缘硅栅CMOS工艺流程（参看图1-3）12

图1-4典型TTL工艺流程剖面示意图15

1.3.3低功耗肖特基TTL典型工艺流程16

第二章 半导体物理基础19

2.1键模型19

2.2能带模型21

2.3本征载流子浓度22

2.4费米能级23

2.5.1热运动24

2.5.2漂移24

2.5.3电子及空穴的迁移率24

2.5电子及空穴的传输24

2.6寿命25

2.7介电特性25

2.8硅电阻率的计算26

习题26

表2-1硅、锗、砷化镓和二氧化硅的性质（室温）27

习题答案27

元素周期表28

图SP-1电阻率和杂质浓度的关系曲线29

图SP-2本征载流子浓度与温度的关系曲线30

图SP-3载流子浓度的诺模图（算图）31

图SP-4费米势和掺杂浓度的关系曲线32

图SP-5漂移速度和电场强度的关系曲线33

图SP-6迁移率和杂质浓度的关系曲线34

图SP-7杂质原子在硅中的能级［6,7］35

图SP-8单位面积的电容（以硅、二氧化硅和氮化硅作介质）36

第三章 硅材料37

3.1生产多晶硅37

3.1.1粗硅37

3.1.2提纯37

3.2晶体生长38

3.2.1直拉法生产单晶38

3.2.2悬浮区熔法生长单晶40

3.3.2大圆片的制造41

3.3.3大圆片的晶向41

3.3制造大圆片41

3.3.1大圆片的尺寸41

3.3.4边缘倒角43

3.3.5背面损伤层45

3.3.6大圆片的标记45

表3-1硅的染色腐蚀45

4.1.1氧化工艺和方法47

第四章 氧化47

4.1热氧化47

4.1.2硅的氧化——一种表面反应49

4.1.3杂质分布52

4.1.4反应速率52

4.1.5掩蔽氧化53

4.1.6一种Si-SiO2界面机构图54

4.1.7二氧化硅的性质及其测量方法55

4.1.8氧化层台阶高度的测定56

4.2等离子氧化57

习题58

习题答案59

图OX-1在干氧中的氧化速率61

图OX-2在合成水气中的氧化速率62

图OX-3采用HCl的硅的热氧化63

图OX-4热氧化期间硼的再分布64

图OX-5热氧化期间磷的再分布65

图OX-6Si3N4在水气中的氧化66

图OX-7二氧化硅膜的色谱67

图OX-8氧化层台阶高度计算表68

第五章 光刻69

5.1前言69

5.2光刻胶69

5.2.1正胶69

5.2.2负胶70

5.3光刻版和光刻机70

5.4光刻工艺71

5.5干法等离子体腐蚀74

第六章 扩散77

6.1工艺流程77

6.2扩散分布的测定79

6.2.1预淀积79

6.2.3热循环的积累效应81

6.2.2再扩散81

6.2.4外延层的扩散分布82

6.2.5扩散结果的评价方法82

6.2.5其它杂质在硅和二氧化硅中的扩散系数85

6.2.7扩散例题85

习题87

习题答案89

图DIF-1杂质在硅中的固溶度91

图DIF-2替位式杂质在硅中的扩散系数［2,3］92

图DIF-3归一化余误差函数图93

图DIF-4掩蔽磷预淀积所需要的氧化层厚度94

图DIF-5掩蔽硼预淀积所需要的氧化层厚度95

图DIF-6归一化高斯分布图96

图DIF-7外延层中的杂质分布97

图DIF-8杂质在硅中的扩散系数98

图DIF-9杂质在二氧化硅中的扩散系数99

7.1.1杂质源100

7.1.2剂显控制100

7.1离子注入工艺100

第七章 离子注入100

7.1.3分布控制103

7.1.4低温工艺104

7.1.5均匀性105

7.1.6高产额105

7.1.7离子注入工艺的几个重要实际问题105

7.2.1注入分布的计算106

7.2根据图表计算注入分布106

图Ⅱ-5氮化硅中射程标准偏差107

7.2.2求注入硅中的离子数Q109

7.2.3举例计算注入分布109

习题111

图11-1硅及二氧化硅中的离子注入［1］113

图11-2掩蔽膜所需厚度（透过＜0.0001％）［1,2］114

图Ⅱ-3硅及二氧化硅中射程标准偏差115

图Ⅱ-4氮化硅中的离子注入［1］116

8.1前言118

第八章 化学汽相淀积（CVD）118

8.2化学汽相淀积设备和淀积工艺119

8.2.1常压反应器119

8.2.2气相过程和表面过程120

8.2.3低压系统121

8.3淀积薄膜的性质123

8.4硅的外延124

8.4.1成核和缺陷124

8.4.2外延气体124

8.4.3外延掺杂125

8.4.4外延层签定126

8.5多晶硅127

8.5.1淀积127

8.5.2性质127

8.6淀积绝缘材料128

8.6.1氮化硅129

8.6.2二氧化硅129

8.7等离子增强化学汽相淀积130

8.7.1机构130

8.7.3等离子体氮化硅131

8.7.2等离子体反应器131

8.7.4等离子体氧化硅132

8.7.5等离子体多晶硅133

8.8总结133

图CVD-1化学汽相淀积氧化层中磷含量的控制［1］134

9.1.1欧姆接触135

9.1.2接触电阻135

9.1对互连金属化的要求135

第九章 金属化135

9.1.3通路电阻136

9.1.4电导率136

9.1.5稳定性136

9.1.6粘附性136

917可掩蔽性136

9.1.8抗腐蚀性138

9.1.9可焊性138

9.1.10电迁移138

9.1.12淀积的相容性139

9.1.11台阶覆盖139

9.2铝以外的金属化140

习题141

图MET-1铝对p型硅的接触电阻［1］142

图MET-2铝对N型硅的接触电阻［1,2］143

图MET-3铝硅相图［4］144

图MET-4硅金相图［4］145

第十章 SUPREM程序146

10.1SUPREM语言146

10.4图示技术147

10.2SUPREM控制语句147

10.3SUPREM的潜在能力147

图10-2SUPREM模拟氧化过程中杂质的再分布148

图10-3SUPREM模拟通过氧化层的离子注入过程150

图10-4SUPREM模拟计算阈电压154

第十一章 结156

11.1二极管特性156

11.1.2线性缓变结157

11.1.1单边突变结157

11.1.3高电平注入160

11.2P-N结反向击穿电压161

11.3二极管结例题161

习题162

图JN-1硅平面单边突变结的击穿电压［1］163

图JN-2平面二极管的穿通击穿电压［2］164

图JN-3单边突变结的诺模图165

图JN-4线性缓变结的诺模图166

图JN-5扩散结的耗尽层宽度［3］167

第十二章 MOS场效应管168

12.1电容器工作原理168

12.2MOS电容器能带图169

12.3MOS器件169

12.3.1阈值电压169

12.3.2NMOS和PMOS器件169

12.3.5MOSFET特性171

12.3.4增强型和耗尽型器件171

12.3.3CMOS器件171

12.3.6器件增益——跨导173

12.3.7MOSFET速度173

12.3.8阈值电压VT的决定方法174

12.3.9电容－电压（C-V）分析176

12.3.10集成MOS器件179

12.3.11动态存储单元180

12.3.12α粒子感应的软性故障［14,15,16］180

12.3.14MOS工艺的成比例缩小技术［20,21］182

12.3.13热电子［17］182

12.3.15其它MOS技术183

习题183

习题答案185

图MOS-1费米势和基底浓度的关系187

图MOS-2经各种热处理后的氧化层固定电荷［2,3］188

图MOS-3半导体表面强反型时耗尽区宽度和耗尽区内的电荷与掺杂浓度的关系189

图MOS-4电荷与电压换算关系（对一定厚度的SiO2）190

图MOS-5各种栅电极的功函数фMS和硅掺杂浓度的关系191

图MOS-6MOS晶体管栅源阈电压随不同衬底偏置的变化192

图MOS-7平带电容193

图MOS-8不同氧化层厚度tox时平带电容和最小电容的关系194

图MOS-9反型层内电子、空穴的迁移率和半导体内或表面场区中感应的单位面积195

总电荷的函数关系195

图MOS-10反型层中少数载流子电荷数196

第十三章 双极型器件197

13.1双极晶体管197

13.2双极晶体管的工作状态199

13.3正常工作的双极晶体管201

13.3.1发射极电流的组成201

13.3.2共发射极电流增益202

13.3.3集电极饱和电压VCES203

13.3.4电流增益的图解确定203

13.4双极晶体管的电压极限值203

13.5饱和电阻的确定204

13.6晶体管增益随集电极电流的变化206

13.7双极晶体管的开关特性207

13.8双极晶体管的极限值208

13.9肖特基势垒二极管210

13.10肖特基二极管特性211

13.10.1二极管自建电压211

13.10.2存贮时间212

13.11肖特基二极管在双极电路中的应用212

13.12双极例题213

习题215

习题答案216

图BP-1BVECEO和电流放大系数的关系［1］218

第十四章 质量控制与可靠性219

14.1质量控制219

14.1.1统计的质量管理219

14.1.2统计现象219

14.1.3提高对管理图的信赖220

14.1.4统计管理图220

14.1.5管理图的图案控制221

14.2.1加速寿命试验223

14.2可靠性223

14.1.6工序能力研究223

14.1.7质量控制最重要的方面是采取改进措施（可以认为QC=QuickCorrectiveAction）223

14.2.2可靠性鉴定224

14.2.3电老化（Burn-in）225

14.2.4失效分析225

习题225

习题答案226

图QCR-1X-R管理图230

图QCR-2Arrhenius图（图中直线EA=1.0eV）231

图QCR-3对数正态分布232

图QCR-4Goldthwaite模型233

第十五章 成品率和成本的计算方法234

15.1成品率和成本的计算234

15.2集成电路布图的设计规则236

15.2.1MOS集成电路236

15.2.2双极型集成电路237

习题241

图YCM1总芯片数和芯片面积的关系曲线（英制）242

图YCM-2总芯片数和芯片面积的关系曲线（公制）243

图YCM-3成品率和工序数的关系244

图YCM-4成品率模型245

图YCM-5Murphy模型246

图YCM-6S？eds模型247

图YCM-7直径100mm硅片芯片成品率和芯片大小的关系曲线248

第十六章 封装和装西249

16.1封装和装配249

16.2功率耗散256

16.3可靠性258

16.3.1湿气258

16.3.2键合开路260

16.3.3腔室中的粒子260

16.3.4钠离子和玷污260

16.3.5α粒子260

第十七章 单位转换、词汇表和参考文献261