◆圖書簡(jiǎn)介◆

《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》是一本實(shí)用而優(yōu)秀的關(guān)于半導(dǎo)體芯片理論、制造和工藝設(shè)計(jì)的書籍?！栋雽?dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》對(duì)半導(dǎo)體制造工藝和所需設(shè)備的解釋是基于它們所遵守的基本的物理、化學(xué)和電路的規(guī)律來進(jìn)行的，以便讀者無論到達(dá)世界哪個(gè)地方的潔凈室，都能盡快了解所使用的工藝和設(shè)備，并知道使用哪些設(shè)備、采用何種工藝來實(shí)現(xiàn)他們的設(shè)計(jì)和制造目標(biāo)。

《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》理論結(jié)合實(shí)際，大部分的描述均圍繞著實(shí)際設(shè)備和工藝展開，并配有大量的設(shè)備圖、制造工藝示意圖和半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)圖?！栋雽?dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》主要包括如下主題：基本概念，例如等離子設(shè)備中的阻抗失配和理論，以及能帶和Clausius-Clapeyron方程；半導(dǎo)體器件和制造設(shè)備的基礎(chǔ)知識(shí)，包括直流和交流電路、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、諧振腔以及器件和設(shè)備中使用的部件；晶體管和集成電路，包括雙極型晶體管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和金屬?半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管；芯片制造的主要工藝，包括光刻、金屬化、反應(yīng)離子刻蝕（RIE）、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）、熱氧化和注入等；工藝設(shè)計(jì)和解決問題的技巧，例如如何設(shè)計(jì)干法刻蝕配方，以及如何解決在博世工藝中出現(xiàn)的微米草問題。

《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》概念清晰，資料豐富，內(nèi)容實(shí)用，可作為微電子學(xué)與固體電子學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、集成電路工程等專業(yè)的研究生和高年級(jí)本科生的教學(xué)參考書，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

◆目錄◆

前言

第1章　基本概念的引入

1.1　什么是芯片

1.2　歐姆定律和電阻率

1.3　導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體

參考文獻(xiàn)

第2章　理論簡(jiǎn)介

2.1　量子力學(xué)的產(chǎn)生

2.2　能帶

參考文獻(xiàn)

第3章　早期無線電通信

3.1　電報(bào)技術(shù)

3.2　電子管

參考文獻(xiàn)

第4章　電路的基本知識(shí)

4.1　電路及其元件

4.2　電場(chǎng)

4.3　磁場(chǎng)

4.4　交流電

第5章　半導(dǎo)體的進(jìn)一步探討和二極管

5.1　半導(dǎo)體的能帶

5.2　半導(dǎo)體摻雜

5.3　半導(dǎo)體二極管

參考文獻(xiàn)

第6章　晶體管和集成電路

6.1　雙極型晶體管

6.2　結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管

6.3　金屬?半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

6.4　金屬?絕緣層?半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

參考文獻(xiàn)

第7章　半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展歷程

7.1　半導(dǎo)體產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

7.2　半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史

7.3　晶體管和硅晶圓尺寸的變化

7.4　潔凈室

7.5　平面工藝

參考文獻(xiàn)

第8章　半導(dǎo)體光子器件

8.1　發(fā)光器件和發(fā)光原理

8.2　發(fā)光二極管

8.3　半導(dǎo)體二極管激光器

8.3.1　諧振腔

8.3.2　光的反射和折射

8.3.3　異質(zhì)結(jié)材料

8.3.4　粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和閾值電流密度

參考文獻(xiàn)

第9章　半導(dǎo)體光探測(cè)和光電池

9.1　數(shù)字照相機(jī)和電荷耦合器件

9.2　光電導(dǎo)器

9.3　晶體管激光器

9.4　太陽能電池

參考文獻(xiàn)

第10章　硅晶圓的制造

10.1　從硅石到多晶硅

10.2　化學(xué)反應(yīng)

10.3　拉單晶

10.4　拋光和切片

參考文獻(xiàn)

第11章　工藝的基本知識(shí)

11.1　集成電路的結(jié)構(gòu)

11.2　光學(xué)系統(tǒng)的分辨率

11.3　為什么在工藝中使用等離子體

參考文獻(xiàn)

第12章　光刻工藝

12.1　光刻工藝的步驟

12.1.1　清洗

12.1.2　脫水烘干

12.1.3　涂膠

12.1.4　前烘

12.1.5　對(duì)位和曝光

12.1.6　顯影

12.1.7　檢查

12.1.8　堅(jiān)膜

12.1.9　去膠膜

12.2　光刻掩膜版對(duì)位圖形的設(shè)計(jì)

12.3　當(dāng)代光刻機(jī)技術(shù)

參考文獻(xiàn)

第13章　介質(zhì)膜的生長(zhǎng)

13.1　二氧化硅膜的生長(zhǎng)

13.1.1　二氧化硅的熱氧化工藝

13.1.2　LTO工藝

13.1.3　二氧化硅PECVD工藝

13.1.4　在APCVD系統(tǒng)中進(jìn)行TEOS+O3的沉積

13.2　氮化硅膜的生長(zhǎng)

13.2.1　LPCVD

13.2.2　氮化硅PECVD工藝

13.3　原子層沉積技術(shù)

參考文獻(xiàn)

第14章　刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕（RIE）系統(tǒng)介紹

14.1　濕法刻蝕

14.2　干法刻蝕中的RIE系統(tǒng)

14.2.1　RIE工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)

14.2.2　工藝室

14.2.3　真空泵

14.2.4　射頻電源和匹配電路

14.2.5　氣瓶和質(zhì)量流量計(jì)

14.2.6　加熱和冷卻

參考文獻(xiàn)

第15章　干法刻蝕的進(jìn)一步探討

15.1　RIE的刻蝕界面

15.1.1　情形1

15.1.2　情形2

15.2　RIE刻蝕速率

15.3?、?Ⅴ族半導(dǎo)體和金屬的干法刻蝕

15.4　刻蝕界面的控制

15.4.1　光刻膠窗口的形狀對(duì)刻蝕界面的影響

15.4.2　碳對(duì)刻蝕速率和截面的影響

15.5　其他問題

15.5.1　RIE和PECVD的區(qū)別

15.5.2　Si和SiO2干法刻蝕的區(qū)別

15.6　電感耦合等離子體（ICP）技術(shù)和博世工藝

15.6.1　電感耦合等離子體技術(shù)

15.6.2　博世工藝

參考文獻(xiàn)

第16章　金屬工藝

16.1　熱蒸發(fā)技術(shù)

16.2　電子束蒸發(fā)技術(shù)

16.3　磁控濺射技術(shù)

16.4　熱和電子束蒸發(fā)與磁控濺射的主要區(qū)別

16.5　金屬的剝離工藝

16.6　金屬的選擇和合金工藝

16.6.1　金屬的選擇

16.6.2　金屬的合金

參考文獻(xiàn)

第17章　摻雜工藝

17.1　摻雜的基本介紹

17.2　擴(kuò)散的基本原理

17.3　熱擴(kuò)散

17.4　雜質(zhì)在SiO2內(nèi)的擴(kuò)散和再分布

17.5　最小SiO2掩蔽層厚度

17.6　雜質(zhì)在SiO2掩蔽膜下的分布

17.7　擴(kuò)散雜質(zhì)源

17.8　擴(kuò)散層的參數(shù)

17.9　四探針測(cè)試方塊電阻

17.10　離子注入工藝

17.11　離子注入的理論分析

17.12　注入后雜質(zhì)的分布

17.13　注入雜質(zhì)的種類和劑量

17.14　掩蔽膜的最小厚度

17.15　退火工藝

17.16　埋層注入

17.16.1　通過掩蔽層的注入

17.16.2　SOI制備

參考文獻(xiàn)

第18章　工藝控制監(jiān)測(cè)、芯片封裝及其他問題

18.1　介質(zhì)膜質(zhì)量檢測(cè)

18.2　歐姆接觸檢測(cè)

18.3　金屬之間的接觸

18.4　導(dǎo)電溝道控制

18.5　芯片測(cè)試

18.6　劃片

18.7　封裝

18.8　設(shè)備使用時(shí)的操作范圍

18.9　低κ和高κ介質(zhì)

18.9.1　銅互連和低κ介質(zhì)

18.9.2　量子隧道效應(yīng)和高κ介質(zhì)

18.10　結(jié)語

參考文獻(xiàn)

◆前言◆

“半導(dǎo)體工藝工程師”這個(gè)標(biāo)簽貫穿于我整個(gè)職業(yè)生涯。作為研發(fā)工程師，我在伊利諾伊大學(xué)香檳分校何倫亞克微納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（Holonyak Micro & Nanotechnology Laboratory，HMNTL）工作了近20年。該實(shí)驗(yàn)室的核心部分是潔凈室，里面布置了不同種類的設(shè)備，以用于制造各種各樣的半導(dǎo)體器件。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室向整個(gè)校園和社會(huì)開放。到目前為止，我已培訓(xùn)千余人使用潔凈室里的設(shè)備，大部分的培訓(xùn)對(duì)象是博士研究生。這些培訓(xùn)經(jīng)歷，使我有機(jī)會(huì)應(yīng)對(duì)各種問題，并幫助不同的使用者解決不同類型的技術(shù)難題。

在多年的培訓(xùn)中，我接觸到不同背景的學(xué)生，他們大部分具有電氣工程（EE）或電氣計(jì)算機(jī)工程（ECE）背景，但有些人就沒有這些背景。不具備EE或ECE背景的學(xué)生缺乏半導(dǎo)體及其制造工藝的基本知識(shí)，而具備了EE或ECE背景的學(xué)生也需要補(bǔ)充工藝的工作原理和設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)。對(duì)工藝和設(shè)備理解不足，這不僅發(fā)生在許多具備EE或ECE背景的博士研究生們的身上，甚至還發(fā)生在一些博士后的身上。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的一個(gè)重要原因是他們沒有從所遵循的物理和化學(xué)的原理來理解工藝和設(shè)備。對(duì)于這些現(xiàn)象的思考和來自學(xué)生們的鼓勵(lì)，促使我寫了《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》一書。

我們現(xiàn)在用芯片來描述半導(dǎo)體器件和集成電路（IC）。為了滿足不具備EE或ECE背景的讀者需求，《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》包含半導(dǎo)體的概念、理論、歷史，以及芯片的基本結(jié)構(gòu)。這些內(nèi)容會(huì)給他們理解半導(dǎo)體制造工藝打下基礎(chǔ)。為了幫助具備EE或ECE背景的讀者更好地理解工藝和設(shè)備，《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》努力從物理定律、化學(xué)反應(yīng)和電路的角度來描述工藝原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝配方（process recipe）的設(shè)計(jì)。它不僅告訴讀者如何做工藝，還闡述了工藝為何如此設(shè)計(jì)?！栋雽?dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》把半導(dǎo)體制造工藝和大學(xué)潔凈室里使用的設(shè)備結(jié)合了起來，所以，《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》會(huì)給不同背景的讀者帶來大的益處。

《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》是以基本概念和生活中的例子來開始討論，對(duì)許多讀者來說，這是一本方便使用的圖書。它用簡(jiǎn)單的語言來描述復(fù)雜的概念和理論，可滿足不同層次讀者的需求，這些讀者包含本科生、研究生、研究人員、工程師和教授?！栋雽?dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》會(huì)為讀者提供一條通往半導(dǎo)體研究、工藝和制造的成功之路。針對(duì)學(xué)生或工程師在半導(dǎo)體工藝中常遇到的問題，讀者可以從《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》中找到有益的建議和解決的方案，這些建議和方案是基于我?guī)资甑墓ぷ鹘?jīng)歷得到的。而且，讀者在《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》中還能看到一些有用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些結(jié)果將為他們開展的工藝工作提供幫助。

在當(dāng)今時(shí)代，半導(dǎo)體技術(shù)已被廣泛用于許多領(lǐng)域?！栋雽?dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》也是寫給那些雖然其專業(yè)不是半導(dǎo)體，但有意在芯片的研發(fā)和制造中有所作為的讀者。至于那些不太了解半導(dǎo)體及其工藝的讀者，只要他們掌握了基本的物理、化學(xué)和電路知識(shí)，通過閱讀《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》，就能容易和快速地掌握半導(dǎo)體的理論、原理和制造工藝。在《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》中，讀者能夠?qū)W到基本的概念和技巧，這些對(duì)于開發(fā)半導(dǎo)體工藝是必需的。當(dāng)他們采用半導(dǎo)體技術(shù)來改善產(chǎn)品質(zhì)量或提高項(xiàng)目的研究水平時(shí)，也可以將這些概念和技巧運(yùn)用其中。
沒有HMNTL，我不可能完成《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》的寫作。在HMNTL，我和同事們有著美好的時(shí)光。在此，我想對(duì)我這些非凡的同事們表示感謝：John Hughes先生、Mark McCollum博士、Edmond Chow博士、Glennys Mensing博士、Ken Tarman、Hal Romans、Michael Hansen、Lavendra Mandyam、Karthick Jeganathan和Paul Dipippo。從他們那里，我學(xué)習(xí)了更多的大學(xué)潔凈室的布局和管理；從他們那里，我還在設(shè)備維修、工藝配方設(shè)計(jì)和參數(shù)測(cè)試上得到了許多幫助。我很高興能和他們共事多年。

在《半導(dǎo)體芯片和制造——理論和工藝實(shí)用指南》的寫作過程中，我得到了許多朋友的幫助。在寫作的初期，Ruijie Zhao博士給了我很好的建議，Wenjuan Zhu博士審閱了我的初稿，Anming Gao博士鼓勵(lì)我寫作本書，Raman Kumar和Alvin Flores先生幫助我解決了書中一些理論方面的問題。尤其要感謝我的外甥Tianyi Bai—一個(gè)賓夕法尼亞大學(xué)的研究生，他在本書的一些方面給出了建設(shè)性的觀點(diǎn)。最后，我要感謝誕生于半導(dǎo)體技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)，我能方便地找到我所需要的信息。在這里，我深深感謝允許我使用他們圖片的公司和個(gè)人。

廉亞光　　
伊利諾伊大學(xué)香檳分校　　
美國伊利諾伊州香檳市