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基础模块 1

第1章 集成电路制造工艺的发展与工艺流程 1

本章要点 1

1.1 集成电路制造工艺的发展历史 2

1.1.1 分立器件的发展 2

1.1.2 集成电路的发展 4

1.2 分立器件和集成电路制造工艺流程 7

1.2.1 硅外延平面晶体管的工艺流程 7

1.2.2 双极型集成电路的工艺流程 10

1.2.3 集成电路中NMOS晶体管的工艺流程 12

1.3 本课程的内容框架 14

本章小结 15

思考与习题1 15

核心模块 16

第2章 薄膜制备 16

本章要点 16

2.1 半导体生产中常用的薄膜 17

2.1.1 半导体生产中常用的绝缘介质膜 17

2.1.2 半导体生产中常用的半导体膜 23

2.1.3 半导体生产中常用的导电膜 24

2.2 薄膜生长——SiO2的热氧化 29

2.2.1 二氧化硅的热氧化机理 30

2.2.2 基本的热氧化方法和操作规程 34

2.2.3 常规热氧化设备 38

2.2.4 其他的热氧化生长 39

2.2.5 硅-二氧化硅系统电荷 42

2.2.6 二氧化硅质量检测 44

2.3 化学气相淀积（CVD）薄膜制备 46

2.3.1 化学气相淀积的基本概念 46

2.3.2 几种主要薄膜的化学气相淀积 50

2.3.3 外延技术 57

2.4 物理气相淀积（PVD）薄膜制备 67

2.4.1 蒸发 67

2.4.2 溅射 69

本章小结 74

思考与习题2 74

第3章 光刻 76

本章要点 76

3.1 光刻工艺的基本原理 77

3.2 光刻胶 77

3.2.1 负性光刻胶 78

3.2.2 正性光刻胶 79

3.2.3 正胶和负胶的性能比较 79

3.2.4 光刻胶的主要性能指标及测定方法 80

3.3 光刻工艺 81

3.3.1 预处理（脱水烘烤、HMDS） 81

3.3.2 旋转涂胶 82

3.3.3 软烘 85

3.3.4 对准和曝光 86

3.3.5 曝光后的烘焙 91

3.3.6 显影 91

3.3.7 坚膜烘焙 91

3.3.8 显影检查及故障排除 92

3.4 先进光刻工艺介绍 93

3.4.1 极紫外线（EUV）光刻技术 93

3.4.2 电子束光刻 94

3.4.3 X射线光刻 97

3.4.4 分辨率增强技术 98

3.4.5 浸入式光刻技术 101

3.4.6 纳米压印技术 101

本章小结 102

思考与习题3 102

第4章 刻蚀 104

本章要点 104

4.1 刻蚀的基本概念 105

4.1.1 刻蚀的目的 105

4.1.2 刻蚀的主要参数 105

4.1.3 刻蚀的质量要求 107

4.1.4 刻蚀的种类 107

4.2 湿法刻蚀 107

4.2.1 湿法刻蚀的基本概念 107

4.2.2 几种薄膜的湿法刻蚀原理及操作 108

4.3 干法刻蚀 109

4.3.1 干法刻蚀的基本概念 109

4.3.2 几种薄膜的干法刻蚀原理及操作 111

4.3.3 干法刻蚀的终点检测 113

4.4 去胶 115

4.4.1 溶剂去胶 115

4.4.2 氧化剂去胶 115

4.4.3 等离子体去胶 116

本章小结 117

思考与习题4 117

第5章 掺杂 118

本章要点 118

5.1 热扩散的基本原理 119

5.1.1 扩散机构 119

5.1.2 扩散规律 119

5.1.3 影响杂质扩散的其他因素 122

5.2 热扩散的方法 126

5.2.1 液态源扩散 126

5.2.2 固态源扩散 127

5.2.3 掺杂氧化物固-固扩散 128

5.2.4 掺杂乳胶源扩散 128

5.2.5 金扩散 129

5.3 扩散层的质量参数与检测 129

5.3.1 结深 129

5.3.2 薄层电阻 132

5.4 离子注入的基本原理 134

5.4.1 离子注入的定义及特点 134

5.4.2 离子注入的LSS理论 135

5.5 离子注入机的组成及工作原理 138

5.5.1 离子源和吸极 138

5.5.2 磁分析器 139

5.5.3 加速管 140

5.5.4 中性束流陷阱 140

5.5.5 扫描系统 141

5.5.6 靶室 144

5.6 离子注入的损伤与退火 145

5.6.1 注入损伤 145

5.6.2 退火的方法 145

本章小结 147

思考与习题5 147

第6章 平坦化 149

本章要点 149

6.1 平坦化的基本原理 150

6.2 传统的平坦化方法 152

6.2.1 反刻 152

6.2.2 高温回流 154

6.2.3 旋涂玻璃法 154

6.3 先进的平坦化技术CMP 155

6.3.1 CMP的原理 156

6.3.2 CMP的特点 156

6.3.3 CMP主要工艺参数 157

6.3.4 CMP设备 159

6.3.5 CMP质量的影响因素 164

6.4 CM P平坦化的应用 166

6.4.1 氧化硅CMP 166

6.4.2 多晶硅CMP 168

6.4.3 金属CMP 169

6.4.4 CMP技术的发展 171

本章小结 171

思考与习题6 171

拓展模块 172

第7章 硅衬底制备 172

本章要点 172

7.1 硅单晶的制备 173

7.1.1 半导体材料的性质与种类 173

7.1.2 多晶硅的制备 174

7.1.3 单晶硅的制备 174

7.2 单晶硅的质量检验 178

7.2.1 物理性能的检验 178

7.2.2 电学参数的检验 178

7.2.3 晶体缺陷的观察和检测 180

7.3 硅圆片的制备 182

7.3.1 整形处理 182

7.3.2 基准面研磨 182

7.3.3 定向 183

7.3.4 切片 183

7.3.5 磨片 184

7.3.6 倒角 184

7.3.7 刻蚀 185

7.3.8 抛光 185

本章小结 186

思考与习题7 186

第8章 组装工艺 187

本章要点 187

8.1 芯片组装工艺流程 188

8.1.1 组装工艺流程 188

8.1.2 背面减薄 188

8.1.3 划片 189

8.1.4 贴片 189

8.1.5 键合 191

8.1.6 塑封 192

8.1.7 去飞边毛刺 193

8.1.8 电镀 193

8.1.9 切筋成型 193

8.1.10 打码 194

8.1.11 测试和包装 194

8.2 引线键合技术 194

8.2.1 引线键合的要求 194

8.2.2 引线键合的分类 195

8.2.3 引线键合工具 197

8.2.4 引线键合的基本形式 198

8.2.5 引线键合设备及工艺过程 200

8.2.6 引线键合的工艺参数 201

8.2.7 引线键合质量分析 202

8.2.8 引线键合的可靠性 204

8.3 封装技术 206

8.3.1 封装的要求 206

8.32 封装的分类 206

8.3.3 常见的封装形式 207

8.3.4 封装技术的发展 214

本章小结 215

思考与习题8 216

第9章 洁净技术 217

本章要点 217

9.1 洁净技术等级 218

9.1.1 什么是洁净技术 218

9.1.2 洁净技术等级标准 218

9.2 净化设备 219

9.2.1 过滤器 219

9.2.2 洁净工作室 220

9.2.3 洁净室内的除尘设备 221

9.2.4 洁净工作台 221

9.3 清洗技术 222

9.3.1 硅片表面杂质沾污 222

9.3.2 硅片表面清洗的要求 223

9.3.3 典型的清洗顺序 224

9.3.4 湿法清洗 224

9.3.5 干法清洗 229

9.3.6 束流清洗技术 230

9.3.7 硅片清洗案例 230

9.4 清洗技术的改进 231

9.4.1 SC-1液的改进 231

9.4.2 DHF的改进 231

9.4.3 ACD清洗 232

9.4.4 酸系统溶液 232

9.4.5 单片式处理 232

9.4.6 局部清洗 233

9.5 纯水制备 233

9.5.1 离子交换原技术 234

9.5.2 反渗透技术 234

9.5.3 电渗析技术 235

9.5.4 电去离子技术 235

9.5.5 去离子水制备流程 236

9.5.6 制备去离子水的注意事项 237

本章小结 237

思考与习题9 238

提升模块 239

第10章 CMOS集成电路制造工艺 239

本章要点 239

10.1 CMOS反相器的工作原理及结构 240

10.1.1 CMOS反相器的工作原理 240

10.1.2 CMOS反相器的结构 240

10.2 CMOS集成电路的工艺流程及制造工艺 241

10.2.1 CMOS集成电路的工艺流程 241

10.2.2 CMOS集成电路的制造工艺 247

10.3 CMOS先进工艺 249

10.3.1 浅沟槽隔离（STI） 249

10.3.2 外延双阱工艺 250

10.3.3 逆向掺杂和环绕掺杂 251

10.3.4 轻掺杂漏技术（LDD） 252

10.3.5 绝缘衬底硅（SOI） 253

10.3.6 Bi-CMOS技术 254

本章小结 255

思考与习题10 255

第11章 集成电路测试与可靠性分析 257

本章要点 257

11.1 集成电路测试 258

11.1.1 集成电路测试及分类 258

11.1.2 晶圆测试 260

11.1.3 成品测试 265

11.2 集成电路可靠性分析 267

11.2.1 可靠性的基本概念 267

11.2.2 集成电路可靠性试验 269

11.2.3 集成电路的失效分析 272

本章小结 278

思考与习题11 279

参考文献 280