半导体制造工艺
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《半导体制造工艺》是2015年8月7日机械工业出版社出版的图书，作者是张渊。
该书主要介绍了半导体器件基本结构 、半导体器件工艺的发展历史、半导体材料基本性质及半导体制造中使用的化学品，重点介绍了包括清洗、氧化、化学气相淀积、金属化、光刻、刻蚀、掺杂、平坦化几大集成电路制造工艺的工艺原理工艺过程，工艺设备、工艺参数、质量控制的相关内容[1]。
目录
基本内容
内容简介
硅片是一种硅材料通过加工切成一片一片的。硅是一种硬度很高的物质，硅材料看起来像石头一样，他要经过清洗干净然后用炉子加热融化形成一个大块的硅锭，然后再用特定机器来进行细切成一片一片。
主要工艺过程：多晶硅——区熔或直拉——单晶硅棒——滚、切、磨、抛——硅片
硅晶圆silicon wafer) 是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与
结晶的程序。晶体化的制程，大多是采用“柴可拉斯基”
(Czycrasky) 拉晶法(CZ法)。拉晶时，将特定晶向(orientation) 的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt) 中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)晶棒
的阻值如果太低，代表其中导电杂质 (impurity dopant) 太多，还需经过FZ法 (floating-zone) 的再结晶 (re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。
辅拉出的晶棒，外缘像椰子树干般，外径不甚一致，需予以机械加工修边，然后以X光绕射法，定出主切面 (primary flat) 的所在，磨出该平面；再以内刃环锯，削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨 (lapping)、化学蚀平(chemical etching) 与抛光(polishing) 等程序，得出具表面粗糙度在0.3微米以下抛光面之晶圆。(至于晶圆厚度，与其外径有关。) 刚才题及的晶向，与硅晶体的原子结构有关。硅晶体结构是所谓“钻石结构”(diamond-structure)，系由两组面心结构 (FCC)，相距(1/4,1/4,1/4) 晶格常数 (lattice constant；即立方晶格边长) 叠合而成。我们依米勒指针法 (Miller index)，可定义出诸如：{100}、{111}、{110} 等晶面。所以晶圆也因之有 {100}、{111}、{110}等之分野。有关常用硅晶圆之切边方向等信息，请参考图2-2。现今半导体业所使用之硅晶圆，大多以 {100} 硅晶圆为主。其可依导电杂质之种类，再分为p型 (周期表III族) 与n型 (周期表V族)。由于硅晶外貌完全相同，晶圆制造厂因此在制作过程中，加工了供辨识的记号：亦即以是否有次要切面 (secondary flat) 来分辨。该次切面与主切面垂直，p型晶圆有之，而n型则阙如。 {100}硅晶圆循平行或垂直主切面方向而断裂整齐的特性，所以很容易切成矩形碎块，这是早期晶圆切割时，可用刮晶机 (scriber) 的原因 (它并无真正切断芯片，而只在表面刮出裂痕，再加以外力而整齐断开之。)事实上，硅晶的自然断裂面是{111}，所以虽然得到矩形的碎芯片，但断裂面却不与{100}晶面垂直！ 以下是订购硅晶圆时，所需说明的规格：项目说明 晶面 {100}、{111}、{110} ± 1o 外径(吋) 3 4 5 6 厚度(微米) 300~450 450~600 550~650 600~750(±25) 杂质 p型、n型 阻值(Ω-cm) 0.01 (低阻值) ~ 100 (高阻值) 制作方式 CZ、FZ (高阻值) 抛光面单面、双面 平坦度(埃) 300 ~ 3,000北京特博万德科技有限公司
本教材的编写简化了深奥的理论论述，在对基本原理介绍的基础上注重对工艺过程、工艺参数的描述以及工艺参数测量方法的介绍，并在半导体制造的几大工艺技术章节中加入了工艺模拟的内容，弥补了实践课程由于昂贵的设备及过高的实践费用而无法进行实践教学的缺憾。在教材编写过程中，从半导体生产企业获得了大量的工艺设备、工艺过程及工艺参数方面的素材对教材进行了充实。
本教材根据集成电路的发展趋势，主要介绍了集成电路工艺的前端部分，即清洗、氧化、化学气相淀积、金属化、光刻、刻蚀、掺杂和平坦化等几个主要工艺，具体每一道工艺中都详细讲述了工艺的基本原理、工艺的操作过程和工艺对应的设备，并加入了部分工艺模拟的操作，力求把当前比较新的工艺介绍给读者。
本教材主要供高等院校微电子相关专业的高年级本科生或大专生习，也可以作为从事集成电路工艺工作的工程技术人员自学或进修的参考书。
简要介绍了半导体器件基本结构 、重点介绍了包括清洗、氧化、化学气相淀积、金属化、光刻、刻蚀、掺杂、平坦化几大集成电路制造工艺的工艺原理工艺过程，工艺设备、工艺参数、质量控制及工艺模拟的相关内容。
目录
前言
第1章绪论
11引言
12基本半导体元器件结构
121无源元件结构
122有源器件结构
13半导体器件工艺的发展历史
14集成电路制造阶段
141集成电路制造的阶段划分
142集成电路时代划分
143集成电路制造的发展趋势
15半导体制造企业
16基本的半导体材料
161硅——最常见的半导体
材料
162半导体级硅
163单晶硅生长
164IC制造对衬底材料的
要求
165晶体缺陷
166其他半导体材料
17半导体制造中使用的化学品
18半导体制造的生产环境
181净化间沾污类型
182污染源与控制
183典型的纯水制备方法
本章小结
本章习题
第2章半导体制造工艺概况
21引言
22器件的隔离
221PN结隔离
222绝缘体隔离
23双极型集成电路制造工艺
24CMOS器件制造工艺
24120世纪80年代的CMOS
工艺技术
24220世纪90年代的CMOS
工艺技术
24321世纪初的CMOS工艺
技术
本章小结
本章习题
第3章清洗工艺
31引言
32污染物杂质的分类
321颗粒
322有机残余物
323金属污染物
324需要去除的氧化层
33清洗方法
331RCA清洗
332稀释RCA清洗
333IMEC清洗
334单晶圆清洗
335干法清洗
34常用清洗设备——超声波清洗
设备
341超声波清洗原理
342超声波清洗机
343超声波清洗机的工艺流程
344超声波清洗机的操作流程
345其他清洗设备
35清洗的质量控制
本章小结
本章习题
第4章氧化
41引言
42二氧化硅膜的性质
43二氧化硅膜的用途
44热氧化方法及工艺原理
441常用热氧化方法及工艺
原理
442影响氧化速率的因素
45氧化设备
46氧化工艺操作流程
47氧化膜的质量控制
471氧化膜厚度的测量
472氧化膜缺陷类型及检测
473不同方法生成的氧化膜特性
比较
本章小结
本章习题
第5章化学气相淀积
51引言
511薄膜淀积的概念
512常用的薄膜材料
513半导体制造中对薄膜的
要求
52化学气相淀积（CVD）原理
521化学气相淀积的概念
522化学气相淀积的原理
53化学气相淀积设备
531APCVD
532LPCVD
533等离子体辅助CVD
54CVD工艺流程及设备操作
规范
55外延
551外延的概念、作用、原理
552外延生长方法
553硅外延工艺
56CVD质量检测
本章小结
本章习题
第6章金属化
61引言
611金属化的概念
612金属化的作用
62金属化类型
621铝
622铝铜合金
623铜
624阻挡层金属
625硅化物
626钨
63金属淀积
631蒸发
632溅射
633金属CVD
634铜电镀
64金属化流程
641传统金属化流程
642双大马士革流程
65金属化质量控制
本章小结
本章习题
第7章光刻
71引言
711光刻的概念
712光刻的目的
713光刻的主要参数
714光刻的曝光光谱
715光刻的环境条件
716掩膜版
72光刻工艺的基本步骤
73正性光刻和负性光刻
731正性光刻和负性光刻的
概念
732光刻胶
733正性光刻和负性光刻的
优缺点
74光刻设备简介
741接触式光刻机
742接近式光刻机
743扫描投影光刻机
744分步重复光刻机
745步进扫描光刻机
75光刻工艺机简介及操作流程
751URE2000/25光刻机
简介
752光刻机操作流程
76光刻质量控制
761光刻胶的质量控制
762对准和曝光的质量控制
763显影检查
本章小结
本章习题
第8章刻蚀
81引言
811刻蚀的概念
812刻蚀的要求
82刻蚀工艺
821湿法刻蚀
822干法刻蚀
823两种刻蚀方法的比较
83干法刻蚀的应用
831介质膜的刻蚀
832多晶硅膜的刻蚀
833金属的干法刻蚀
834光刻胶的去除
84刻蚀设备
85干法刻蚀工艺流程及设备操作
规范
86刻蚀的质量控制
本章小结
本章习题
第9章掺杂
91引言
92扩散
921扩散原理
922扩散工艺步骤
923扩散设备、工艺参数及其
控制
924常用扩散杂质源
93离子注入
931离子注入原理
932离子注入的重要参数
933离子注入掺杂工艺与扩散
掺杂工艺的比较
94离子注入机
941离子注入机的组成及工作
原理
942离子注入工艺及操作
规范
943离子注入使用的杂质源及
注意事项
95退火
96离子注入关键工艺控制
97离子注入的应用
971沟道区及阱区掺杂
972多晶硅注入
973源漏区注入
98掺杂质量控制
981结深的测量及分析
982掺杂浓度的测量
983污染
本章小结
本章习题
第10章平坦化
101引言
102传统平坦化技术
1021反刻
1022玻璃回流
1023旋涂玻璃法
103化学机械平坦化
1031CMP优点和缺点
1032CMP机理
1033CMP设备
1034CMP工艺流程及工艺
控制
1035CMP应用
104CMP质量控制
1041膜厚的测量及非均匀性
分析
1042硅片表面状态的观测方法
及分析
本章小结
本章习题
第11章工艺模拟
111引言
1111工艺模型
1112工艺模拟器简介
1113Athena 基础
112氧化工艺模拟
113淀积工艺模拟
114光刻工艺模拟
115刻蚀工艺模拟
116掺杂工艺模拟
1161扩散工艺模拟
1162离子注入工艺模拟
参考文献[1]
参考文献
- ↑ 半导体制造工艺流程概览与氧化搜狐网，2023-10-07