微電子製造科學原理與工程技術, 4/e Fabrication Engineering at the Micro and Nanoscale

本書對微納製造技術的各個領域都給出了一個全面透徹的介紹，覆蓋了集成電路製造所涉及的所有基本單項工藝，包括光刻、等離子體和反應離子刻蝕、離子註入、擴散、氧化、蒸發、氣相外延生長、濺射和化學氣相澱積等。對每一種單項工藝，不僅介紹了它的物理和化學原理，還描述了用於集成電路製造的工藝設備。本書新增了製作納米集成電路及其他半導體器件所需的各種基本單項工藝，還介紹了22 nm 的FinFET 器件、氮化鎵LED 及薄膜太陽能電池、新型微流體器件的製造工藝流程。

目 錄
第1篇 綜述與題材
第1章 微電子製造引論 2
1.1 微電子工藝：一個簡單的實例 3
1.2 單項工藝與工藝技術 5
1.3 本課程指南 7
1.4 小結 7
第2章 半導體襯底 8
2.1 相圖與固溶度° 8
2.2 結晶學與晶體結構° 12
2.3 晶體缺陷 13
2.4 直拉法(Czochralski法)單晶生長 19
2.5 Bridgman法生長GaAs 26
2.6 懸浮區熔法及其他單晶生長方法 27
2.7 晶圓片制備及其規格 29
2.8 小結與未來發展趨勢 30
習題 31
參考文獻 32
第2篇 單項工藝I：熱處理與離子註入
第3章 擴散 36
3.1 一維費克擴散方程 36
3.2 擴散的原子模型 37
3.3 費克定律的解析解 42
3.4 常見雜質的擴散系數 45
3.5 擴散分佈的分析 48
3.6 SiO2中的擴散 54
3.7 擴散分佈的數值模擬 56
3.8 小結 60
習題 60
參考文獻 62
第4章 熱氧化 65
4.1 迪爾-格羅夫氧化模型 65
4.2 線性與拋物線速率系數 67
4.3 初始階段的氧化 71
4.4 SiO2的結構 73
4.5 氧化層的特性 74
4.6 硅襯底及多晶硅氧化過程中摻雜劑的影響 80
4.7 硅的氮氧化物 83
4.8 其他可選的柵絕緣層+ 84
4.9 氧化系統 86
4.10 氧化工藝的數值模擬+ 88
4.11 小結 90
習題 90
參考文獻 93
第5章 離子註入 97
5.1 理想化的離子註入系統 97
5.2 庫侖散射° 103
5.3 垂直投影射程 103
5.4 溝道效應與橫向投影射程 109
5.5 註入損傷 110
5.6 淺結的形成+ 114
5.7 埋層介質+ 116
5.8 離子註入系統的問題和關註點 118
5.9 註入分佈的數值模擬+ 119
5.10 小結 121
習題 121
參考文獻 123
第6章 快速熱處理 127
6.1 灰體輻射、熱交換與光吸收 128
6.2 高強度光源與反應腔設計 130
6.3 溫度的測量 133
6.4 熱塑應力° 136
6.5 雜質的快速熱激活 138
6.6 介質的快速熱處理 140
6.7 金屬硅化物與接觸的形成 141
6.8 其他可選的快速熱處理系統 143
6.9 小結 144
習題 144
參考文獻 145
第3篇 單項工藝2：圖形轉移
第7章 光學光刻 152
7.1 光學光刻概述 152
7.2 衍射° 156
7.3 調制傳輸函數與光學曝光 158
7.4 光源系統與空間相乾性 161
7.5 接觸式與接近式光刻機 166
7.6 投影式光刻機 168
7.7 先進掩模概念+ 175
7.8 錶面反射與駐波 178
7.9 對準 179
7.10 小結 180
習題 181
參考文獻 182
第8章 光刻膠 185
8.1 光刻膠類型 185
8.2 有機材料與聚合物 185
8.3 DQN正性光刻膠的典型反應 187
8.4 對比度曲線 189
8.5 臨界調制傳輸函數 192
8.6 光刻膠的塗敷與顯影 192
8.7 二階曝光效應 197
8.8 先進的光刻膠與光刻膠工藝+ 200
8.9 小結 203
習題 204
參考文獻 206
第9章 非光學光刻技術+ 209
9.1 高能射線與物質之間的相互作用° 209
9.2 直寫電子束光刻系統 212
9.3 直寫電子束光刻：總結與展望 218
9.4 X射線與EUV光源° 219
9.5 接近式X射線系統 221
9.6 接近式X射線光刻的薄膜型掩模版 223
9.7 EUV光刻 225
9.8 投影式電子束光刻(SCALPEL) 226
9.9 電子束與X射線光刻膠 228
9.10 MOS器件中的輻射損傷 230
9.11 軟光刻與納米壓印光刻 232
9.12 小結 235
習題 235
參考文獻 236
第10章 真空科學與等離子體 241
10.1 氣體動力學理論 241
10.2 氣體的流動及其傳導率 244
10.3 壓力範圍與真空泵 246
10.4 真空密封與壓力測量 252
10.5 直流輝光放電° 253
10.6 射頻放電 255
10.7 高密度等離子體 257
10.8 小結 260
習題 260
參考文獻 262
第11章 刻蝕 264
11.1 濕法刻蝕 265
11.2 化學機械拋光 270
11.3 等離子體刻蝕的基本分類 272
11.4 高壓等離子體刻蝕 273
11.5 離子銑 280
11.6 反應性離子刻蝕 283
11.7 反應性離子刻蝕中的損傷+ 287
11.8 高密度等離子體(HDP)刻蝕 289
11.9 剝離技術 290
11.10 小結 292
習題 292
參考文獻 293
第4篇 單項工藝3：薄膜
第12章 物理澱積：蒸發和濺射 302
12.1 相圖：升華和蒸發 302
12.2 澱積速率 303
12.3 台階覆蓋 307
12.4 蒸發系統：坩鍋加熱技術 309
12.5 多組分薄膜 311
12.6 濺射簡介 312
12.7 濺射物理 313
12.8 澱積速率：濺射產額 314
12.9 高密度等離子體濺射 316
12.10 形貌和台階覆蓋 318
12.11 濺射方法 321
12.12 特殊材料的濺射 323
12.13 澱積薄膜內的應力 325
12.14 小結 326
習題 327
參考文獻 328
第13章 化學氣相澱積 332
13.1 一種用於硅澱積的簡單CVD系統 332
13.2 化學平衡與質量作用定律 333
13.3 氣體流動與邊界層 337
13.4 簡單CVD系統的評價 340
13.5 介質的常壓CVD 341
13.6 介質與半導體在熱壁系統中的低壓CVD 343
13.7 介質的等離子體增強化學氣相澱積 348
13.8 金屬的CVD+ 351
13.9 原子層澱積 354
13.10 電鍍銅 356
13.11 小結 358
習題 359
參考文獻 360
第14章 外延生長 365
14.1 晶圓片清洗和自然氧化層去除 366
14.2 氣相外延生長的熱動力學 369
14.3 錶面反應 372
14.4 摻雜劑的引入 374
14.5 外延生長缺陷 375
14.6 選擇性生長+ 376
14.7 滷化物輸運GaAs氣相外延 377
14.8 不共度和應變異質外延 378
14.9 金屬有機物化學氣相澱積(MOCVD) 381
14.10 先進的硅氣相外延生長技術 386
14.11 分子束外延技術 388
14.12 BCF理論+ 392
14.13 氣態源MBE與化學束外延+ 396
14.14 小結 397
習題 397
參考文獻 398
第5篇 工 藝 集 成
第15章 器件隔離、接觸與金屬化 407
15.1 PN結隔離與氧化物隔離 407
15.2 硅的局部氧化(LOCOS)技術 410
15.3 溝槽隔離 412
15.4 絕緣層上硅隔離技術 415
15.5 半絕緣襯底 416
15.6 肖特基接觸 418
15.7 註入形成的歐姆接觸 422
15.8 合金接觸 425
15.9 多層金屬化 426
15.10 平坦化與先進的互連工藝 431
15.11 小結 436
習題 437
參考文獻 438
第16章 CMOS工藝技術 443
16.1 基本的長溝道器件特性 443
16.2 早期的MOS工藝技術 445
16.3 基本的3 ?m工藝技術 446
16.4 器件的等比例縮小 450
16.5 熱載流子效應與漏工程 458
16.6 閂鎖效應 461
16.7 淺源/漏與特定溝道摻雜 463
16.8 通用曲線與先進CMOS工藝 465
16.9 一個納米尺度CMOS工藝 467
16.10 非平面CMOS 469
16.11 小結 471
習題 471
參考文獻 474
第17章 其他類型晶體管的工藝技術 480
17.1 基本的MESFET工作原理 480
17.2 基本的MESFET工藝技術 481
17.3 數字電路工藝技術 482
17.4 單片微波集成電路工藝 486
17.5 調制摻雜場效應晶體管(MODFETs) 489
17.6 雙極型器件回顧：理想與準理想特性 491
17.7 雙極型晶體管的性能 492
17.8 早期的雙極型工藝技術 495
17.9 先進的雙極型工藝技術 498
17.10 雙極-CMOS兼容工藝技術(BiCMOS) 505
17.11 薄膜晶體管 508
17.12 小結 511
習題 511
參考文獻 515
第18章 光電子與光伏器件工藝技術 520
18.1 光電子器件概述 520
18.2 直接帶隙的無機材料發光二極管 522
18.3 聚合物/有機發光二極管 526
18.4 激光器 528
18.5 光伏器件概述 529
18.6 硅基光伏器件製造技術 531
18.7 其他光伏器件製造技術 533
18.8 小結 535
參考文獻 536
第19章 微機電系統 539
19.1 力學基礎知識 540
19.2 薄膜中的應力 542
19.3 機械量到電量的變換 543
19.4 常見MEMS器件力學性質 546
19.5 體微機械製造中的刻蝕技術 549
19.6 體微機械工藝流程 556
19.7 錶面微機械製造基礎 559
19.8 錶面微機械工藝流程 562
19.9 MEMS執行器 565
19.10 大深寬比的微系統技術(HARMST) 568
19.11 微流控器件 570
19.12 小結 574
習題 575
參考文獻 576
附錄I 縮寫詞與常用符號 581
附錄II 部分半導體材料的性質 588
附錄III 物理常數 589
附錄IV 單位轉換因子 590
附錄V 誤差函數的一些性質 593