书 名 | 芯片制造——半导体工艺制程实用教程(第六版)(英文版) | 作 者 | Peter Van Zant |
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出版社 | 电子工业出版社 | 出版时间 | 2014年11月 |
1 The Semiconductor Industry 1
Introduction 1
Birth of an Industry 1
The Solid-State Era 3
Integrated Circuits (ICs) 4
Process and Product Trends 5
Moore’s Law 6
Decreasing Feature Size 6
Increasing Chip and Wafer Size 8
Reduction in Defect Density 9
Increase in Interconnection Levels 10
The Semiconductor Industry Association Roadmap 10
Chip Cost 11
Industry Organization 11
Stages of Manufacturing 12
Six Decades of Advances in Microchip Fabrication Processes 14
The Nano Era 16
Review Topics 17
References 17
2 Properties of Semiconductor Materials and Chemicals 19
Introduction 19
Atomic Structure 19
The Bohr Atom 19
The Periodic Table of the Elements 20
Electrical Conduction 23
Conductors 23
Dielectrics and Capacitors 23
Resistors 24
Intrinsic Semiconductors 24
Doped Semiconductors 25
Electron and Hole Conduction 26
Carrier Mobility 28
Semiconductor Production Materials 29
Germanium and Silicon 29
Semiconducting Compounds 29
Silicon Germanium 31
Engineered Substrates 31
Ferroelectric Materials 31
Diamond Semiconductors 32
Process Chemicals 32
Molecules, Compounds, and Mixtures 32
Ions 33
States of Matter 34
Solids, Liquids, and Gases 34
Plasma State 34
Properties of Matter 34
Temperature 34
Density, Specic Gravity, and Vapor Density 35
Pressure and Vacuum 36
Acids, Alkalis, and Solvents 37
Acids and Alkalis 37
Solvents 38
Chemical Purity and Cleanliness 38
Safety Issues 38
The Material Safety Data Sheet 39
Review Topics 39
References 39
3 Crystal Growth and Silicon Wafer Preparation 41
Introduction 41
Semiconductor Silicon Preparation 41
Silicon Wafer Preparation Stages 42
Crystalline Materials 42
Unit Cells 43
Poly and Single Crystals 43
Crystal Orientation 44
Crystal Growth 45
Czochralski Method 45
Liquid-Encapsulated Czochralski 47
Float Zone 47
Crystal and Wafer Quality 49
Point Defects 49
Dislocations 50
Growth Defects 50
Wafer Preparation 51
End Cropping 51
Diameter Grinding 51
Crystal Orientation, Conductivity, and Resistivity Check 51
Grinding Orientation Indicators 52
Wafer Slicing 53
Wafer Marking 54
Rough Polish 54
Chemical Mechanical Polishing 55
Backside Processing 55
Double-Sided Polishing 56
Edge Grinding and Polishing 56
Wafer Evaluation 56
Oxidation 57
Packaging 57
Wafer Types and Uses 57
Reclaim Wafers 57
Engineered Wafers (Substrates) 57
Review Topics 58
References 58
4 Overview of Wafer Fabrication and Packaging 59
Introduction 59
Goal of Wafer Fabrication 59
Wafer Terminology 59
Chip Terminology 61
Basic Wafer-Fabrication Operations 63
Layering 63
Patterning 64
Circuit Design 66
Reticle and Masks 68
Doping 69
Heat Treatments 69
Example Fabrication Process 72
Wafer Sort 74
Packaging 75
Summary 75
Review Topics 76
References 76
5 Contamination Control 77
Introduction 77
The Problem 77
Contamination-Caused Problems 80
Contamination Sources 81
General Sources 81
Air 81
Clean Air Strategies 82
Cleanroom Workstation Strategy 83
Tunnel or Bay Concept 85
Micro- and Mini-Environments 86
Temperature, Humidity, and Smog 87
Cleanroom Construction 88
Construction Materials 88
Cleanroom Elements 89
Personnel-Generated Contamination 93
Process Water 94
Process Chemicals 96
Equipment 99
Cleanroom Materials and Supplies 99
Cleanroom Maintenance 100
Wafer-Surface Cleaning 100
Particulate Removal 102
Wafer Scrubbers 102
High-Pressure Water Cleaning 103
Organic Residues 103
Inorganic Residues 103
Chemical-Cleaning Solutions 104
General Chemical Cleaning 104
Oxide Layer Removal 105
Room Temperature and Ozonated Chemistries 106
Water Rinsing 108
Drying Techniques 110
Contamination Detection 112
Review Topics 112
References 113
6 Productivity and Process Yields 115
Overview 115
Yield Measurement Points 115
Accumulative Wafer-Fabrication Yield 116
Wafer-Fabrication Yield Limiters 117
Number of Process Steps 118
Wafer Breakage and Warping 118
Process Variation 119
Mask Defects 120
Wafer-Sort Yield Factors 120
Wafer Diameter and Edge Die 121
Wafer Diameter and Die Size 122
Wafer Diameter and Crystal Defects 122
Wafer Diameter and Process Variations 123
Die Area and Defect Density 124
Circuit Density and Defect Density 125
Number of Process Steps 125
Feature Size and Defect Size 125
Process Cycle Time 125
Wafer-Sort Yield Formulas 125
Assembly and Final Test Yields 128
Overall Process Yields 128
Review Topics 129
References 130
7 Oxidation 131
Introduction 131
Silicon Dioxide Layer Uses 131
Surface Passivation 131
Doping Barrier 132
Surface Dielectric 132
Device Dielectric (MOS Gates) 133
Device Oxide Thicknesses 134
Thermal Oxidation Mechanisms 134
Influences on the Oxidation Rate 137
Thermal Oxidation Methods 140
Horizontal Tube Furnaces 140
Temperature Control System 141
Source Cabinet 143
Vertical Tube Furnaces 143
Rapid Thermal Processing 146
High-Pressure Oxidation 149
Oxidant Sources 151
Oxidation Processes 154
Preoxidation Wafer Cleaning 154
Postoxidation Evaluation 155
Surface Inspection 156
Oxide Thickness 156
Oxide and Furnace Cleanliness 156
Thermal Nitridation 156
Review Topics 157
References 157
8 The Ten-Step Patterning Process—Surface Preparation to Exposure 161
Introduction 161
Overview of the Photomasking Process 162
Ten-Step Process 165
Basic Photoresist Chemistry 167
Photoresist 167
Photoresist Performance Factors 169
Resolution Capability 169
Adhesion Capability 170
Process Latitude 171
Pinholes 172
Particle and Contamination Levels 173
Step Coverage 173
Thermal Flow 173
Comparison of Positive and Negative Resists 173
Physical Properties of Photoresists 175
Solids Content 175
Viscosity 175
Surface Tension 176
Index of Refraction 176
Storage and Control of Photoresists 176
Light and Heat Sensitivity 176
Viscosity Sensitivity 177
Shelf Life 177
Cleanliness 177
Photomasking Processes—Surface Preparation to Exposure 178
Surface Preparation 178
Particle Removal 178
Dehydration Baking 178
Wafer Priming 179
Spin Priming 180
Vapor Priming 180
Photoresist Application (Spinning) 181
The Static Dispense Spin Process 181
Dynamic Dispense 183
Moving-Arm Dispensing 183
Manual Spinners 183
Automatic Spinners 184
Edge Bead Removal 185
Backside Coating 185
Soft Bake 185
Convection Ovens 186
Manual Hot Plates 187
In-Line, Single-Wafer Hot Plates 187
Moving-Belt Hot Plates 187
Moving-Belt Infrared Ovens 188
Microwave Baking 188
Vacuum Baking 188
Alignment and Exposure 189
Alignment and Exposure Systems 189
Exposure Sources 191
Alignment Criteria 191
Aligner Types 193
Postexposure Bake 196
Advanced Lithography 198
Review Topics 198
References 198
9 The Ten-Step Patterning Process—Developing to Final Inspection 201
Introduction 201
Development 201
Positive Resist Development 201
Negative Resist Development 203
Wet Development Processes 203
Dry (or Plasma) Development 206
Hard Bake 207
Hard-Bake Methods 207
Hard-Bake Process 207
Develop Inspect 208
Develop Inspect Reject Categories 209
Develop Inspect Methods 209
Causes for Rejecting at the Develop Inspection Stage 211
Etch 212
Wet Etching 212
Etch Goals and Issues 212
Incomplete Etch 212
Overetch and Undercutting 213
Selectivity 214
Wet-Spray Etching 214
Silicon Wet Etching 214
Silicon Dioxide Wet Etching 215
Aluminum-Film Wet Etching 216
Deposited-Oxide Wet Etching 216
Silicon Nitride Wet Etching 216
Vapor Etching 217
Dry Etch 217
Plasma Etching 218
Etch Rate 220
Radiation Damage 220
Selectivity 220
Ion-Beam Etching 222
Reactive Ion Etching 222
Resist Effects in Dry Etching 223
Resist Stripping 223
Wet Chemical Stripping of Nonmetallized Surfaces 224
Wet Chemical Stripping of Metallized Surfaces 225
Dry Stripping 225
Post–Ion Implant and Plasma Etch Stripping 226
New Stripping Challenges 226
Final Inspection 227
Mask Making 227
Summary 229
Review Topics 229
References 230
10 Next Generation Lithography 233
Introduction 233
Challenges of Next Generation Lithography 233
High-Pressure Mercury Lamp Sources 235
Excimer Lasers 236
Extreme Ultraviolet 236
X-Rays 237
Electron Beam or Direct Writing 238
Numerical Aperture of a Lens 240
Other Exposure Issues 241
Variable Numerical Aperture Lenses 242
Immersion Exposure System 242
Amplified Resist 242
Contrast Effects 243
Other Resolution Challenges and Solutions 244
Off-Axis Illumination 245
Lens Issues and Reection Systems 245
Phase-Shift Masks 245
Optical Proximity Corrected or Optical Process Correction 245
Annular-Ring Illumination 246
Pellicles 247
Surface Problems 248
Resist Light Scattering 248
Subsurface Reectivity 248
Antireective Coatings 249
Standing Waves 249
Planarization 251
Photoresist Process Advances 252
Multilayer Resist or Surface Imaging 252
Silylation or DESIRE Process 254
Polyimide Planarization Layers 255
Etchback Planarization 256
Dual-Damascene Process 256
Chemical Mechanical Polishing 256
Slurry 259
Polishing Rates 259
Planarity 260
Post-CMP Clean 261
CMP Tools 261
CMP Summary 262
Reow 262
Image Reversal 262
Contrast Enhancement Layers 262
Dyed Resists 264
Improving Etch Denition 264
Lift-Off Process 264
Self-Aligned Structures 264
Etch Prole Control 266
Review Topics 266
References 266
11 Doping 269
Introduction 269
The Diffusion Concept 269
Formation of a Doped Region and Junction 271
The N-P Junction 272
Doping Process Goals 273
Graphical Representation of Junctions 273
Concentration versus Depth Graphs 273
Lateral Diffusion 273
Same-Type Doping 275
Diffusion Process Steps 275
Deposition 275
Dopant Sources 278
Drive-In Oxidation 280
Oxidation Effects 281
Introduction to Ion Implantation 281
Concept of Ion Implantation 283
Ion-Implantation System 284
Implant Species Sources 284
Ionization Chamber 284
Mass Analyzing or Ion Selection 284
Acceleration Tube 286
Wafer Charging 286
Beam Focus 287
Neutral Beam Trap 287
Beam Scanning 287
End Station and Target Chamber 289
Ion-Implant Masks 290
Dopant Concentration in Implanted Regions 291
Crystal Damage 292
Annealing and Dopant Activation 292
Channeling 293
Evaluation of Implanted Layers 294
Uses of Ion Implantation 295
The Future of Doping 297
Review Topics 297
References 298
12 Layer Deposition 299
Introduction 299
Film Parameters 301
Chemical Vapor Deposition Basics 302
Basic CVD System Components 303
CVD Process Steps 305
CVD System Types 305
Atmospheric-Pressure CVD Systems 306
Horizontal-Tube Induction-Heated APCVD 306
Barrel Radiant-Induction-Heated APCVD 307
Pancake Induction-Heated APCVD 307
Continuous Conduction-Heated APCVD 308
Horizontal Conduction-Heated APCVD 309
Low-Pressure Chemical Vapor Deposition 309
Horizontal Conduction-Convection-Heated LPCVD 309
Ultra-High Vacuum CVD 310
Plasma-Enhanced CVD (PECVD) 310
High-Density Plasma CVD 312
Atomic Layer Deposition 313
Vapor-Phase Epitaxy 315
Molecular Beam Epitaxy 315
Metalorganic CVD 317
Deposited Films 318
Deposited Semiconductors 318 2100433B
本书是一本介绍半导体集成电路和器件制造技术的专业书籍,在半导体领域享有很高的声誉。本书的范围包括半导体工艺的每个阶段:从原材料的制备到封装、测试和成品运输,以及传统的和现代的工艺。全书提供了详细的插图和实例,每章包含回顾总结和习题,并辅以丰富的术语表。第六版修订了微芯片制造领域的新进展,讨论了用于图形化、掺杂和薄膜步骤的先进工艺和尖端技术,使隐含在复杂的现代半导体制造材料和工艺中的物理、化学和电子的基础知识更易理解。
本书的主要特点是避开了复杂的数学问题介绍工艺技术内容;加入了半导体业界的新成果,可以使读者了解工艺技术发展的趋势。
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通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业出版社课后答案 1 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业 出版社课后答案 第一章 绪论 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业出版社课后答案 2 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业出版社课后答案 3 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业出版社课后答案 4 第二章 确定信号和随机信号分析 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业出版社课后答案 5 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防工业出版社课后答案 6 通信原理 (第六版 )课后答案 通信原理第六版 (樊昌信曹丽娜著 )国防
本书是一本介绍半导体集成电路和器件制造技术的专业书籍, 在半导体领域享有很高的声誉。本书的讨论范围包括半导体工艺的每个阶段: 从原材料的制备到封装、 测试和成品运输, 以及传统的和现代的工艺。全书提供了详细的插图和实例, 每章包含回顾总结和习题, 并辅以丰富的术语表。
第六版修订了微芯片制造领域的新进展, 讨论了用于图形化、 掺杂和薄膜步骤的先进工艺和尖端技术, 使隐含在复杂的现代半导体制造材料与工艺中的物理、 化学和电子的基础信息更易理解。
本书的主要特点是避开了复杂的数学问题介绍工艺技术内容, 并加入了半导体业界的新成果, 可以使读者了解工艺技术发展的趋势。
第1章 半导体产业
1.1 引言
1.2 一个产业的诞生
1.3 固态时代
1.4 集成电路
1.5 工艺和产品趋势
1.6 半导体产业的构成
1.7 生产阶段
1.8 微芯片制造过程发展的
60年
1.9 纳米时代
习题
参考文献
第2章 半导体材料和化学品的特性
2.1 引言
2.2 原子结构
2.3 元素周期表
2.4 电传导
2.5 绝缘体和电容器
2.6 本征半导体
2.7 掺杂半导体
2.8 电子和空穴传导
2.9 半导体生产材料
2.10 半导体化合物
2.11 锗化硅
2.12 衬底工程
2.13 铁电材料
2.14 金刚石半导体
2.15 工艺化学品
2.16 物质的状态
2.17 物质的性质
2.18 压力和真空
2.19 酸、 碱和溶剂
2.20 化学纯化和清洗
习题
参考文献
第3章 晶体生长与硅晶圆制备
3.1 引言
3.2 半导体硅制备
3.3 晶体材料
3.4 晶体定向
3.5 晶体生长
3.6 晶体和晶圆质量
3.7 晶圆准备
3.8 切片
3.9 晶圆刻号
3.10 磨片
3.11 化学机械抛光
3.12 背面处理
3.13 双面抛光
3.14 边缘倒角和抛光
3.15 晶圆评估
3.16 氧化
3.17 包装
3.18 工程化晶圆(衬底)
习题
参考文献
第4章 晶圆制造和封装概述
4.1 引言
4.2 晶圆生产的目标
4.3 晶圆术语
4.4 芯片术语
4.5 晶圆生产的基础工艺
4.6 薄膜工艺
4.7 晶圆制造实例
4.8 晶圆中测
4.9 集成电路的封装
4.10 小结
习题
参考文献
第5章 污染控制
5.1 引言
5.2 污染源
5.3 净化间的建设
5.4 净化间的物质与供给
5.5 净化间的维护
5.6 晶片表面清洗
习题
参考文献
第6章 生产能力和工艺良品率
6.1 引言
6.2 良品率测量点
6.3 累积晶圆生产良品率
6.4 晶圆生产良品率的制约因素
6.5 封装和最终测试良品率
6.6 整体工艺良品率
习题
参考文献
第7章 氧化
7.1 引言
7.2 二氧化硅层的用途
7.3 热氧化机制
7.4 氧化工艺
7.5 氧化后评估
习题
参考文献
第8章 十步图形化工艺流程--从表面
制备到曝光
8.1 引言
8.2 光刻工艺概述
8.3 光刻十步法工艺过程
8.4 基本的光刻胶化学
8.5 光刻胶性能的要素
8.6 光刻胶的物理属性
8.7 光刻工艺: 从表面准备到曝光
8.8 表面准备
8.9 涂光刻胶(旋转式)
8.10 软烘焙
8.11 对准和曝光
8.12 先进的光刻
习题
参考文献
第9章 十步图形化工艺流程--从显影到最终检验
9.1 引言
9.2 硬烘焙
9.3 刻蚀
9.4 湿法刻蚀
9.5 干法刻蚀
9.6 干法刻蚀中光刻胶的影响
9.7 光刻胶的去除
9.8 去胶的新挑战
9.9 最终目检
9.10 掩模版的制作
9.11 小结
习题
参考文献
第10章 下一代光刻技术
10.1 引言
10.2 下一代光刻工艺的挑战
10.3 其他曝光问题
10.4 其他解决方案及其挑战
10.5 晶圆表面问题
10.6 防反射涂层
10.7 高级光刻胶工艺
10.8 改进刻蚀工艺
10.9 自对准结构
10.10 刻蚀轮廓控制
习题
参考文献
第11章 掺杂
11.1 引言
11.2 扩散的概念
11.3 扩散形成的掺杂区和结
11.4 扩散工艺的步骤
11.5 淀积
11.6 推进氧化
11.7 离子注入简介
11.8 离子注入的概念
11.9 离子注入系统
11.10 离子注入区域的杂质浓度
11.11 离子注入层的评估
11.12 离子注入的应用
11.13 掺杂前景展望
习题
参考文献
第12章 薄膜淀积
12.1 引言
12.2 化学气相淀积基础
12.3 CVD的工艺步骤
12.4 CVD系统分类
12.5 常压CVD系统
12.6 低压化学气相淀积(LPCVD)
12.7 原子层淀积
12.8 气相外延
12.9 分子束外延
12.10 金属有机物CVD
12.11 淀积膜
12.12 淀积的半导体膜
12.13 外延硅
12.14 多晶硅和非晶硅淀积
12.15 SOS和SOI
12.16 在硅上生长砷化镓
12.17 绝缘体和绝缘介质
12.18 导体
习题
参考文献
第13章 金属化
13.1 引言
13.2 淀积方法
13.3 单层金属
13.4 多层金属设计
13.5 导体材料
13.6 金属塞
13.7 溅射淀积
13.8 电化学镀膜
13.9 化学机械工艺
13.10 CVD金属淀积
13.11 金属薄膜的用途
13.12 真空系统
习题
参考文献
第14章 工艺和器件的评估
14.1 引言
14.2 晶圆的电特性测量
14.3 工艺和器件评估
14.4 物理测试方法
14.5 层厚的测量
14.6 栅氧化层完整性电学测量
14.7 结深
14.8 污染物和缺陷检测
14.9 总体表面特征
14.10 污染认定
14.11 器件电学测量
习题
参考文献
第15章 晶圆制造中的商业因素
15.1 引言
15.2 晶圆制造的成本
15.3 自动化
15.4 工厂层次的自动化
15.5 设备标准
15.6 统计制程控制
15.7 库存控制
15.8 质量控制和ISO 9000认证
15.9 生产线组织架构
习题
参考文献
第16章 形成器件和集成电路的
介绍
16.1 引言
16.2 半导体器件的形成
16.3 可替换MOSFET按比例缩小的挑战
16.4 集成电路的形成
16.5 Bi MOS
16.6 超导体
习题
参考文献
第17章 集成电路的介绍
17.1 引言
17.2 电路基础
17.3 集成电路的类型
17.4 下一代产品
习题
参考文献
第18章 封装
18.1 引言
18.2 芯片的特性
18.3 封装功能和设计
18.4 引线键合工艺
18.5 凸点或焊球工艺示例
18.6 封装设计
18.7 封装类型和技术小结
习题
参考文献
术语表
《半导体芯片制造技术》全面系统地介绍了半导体芯片制造技术,内容包括半导体芯片制造概述、多晶半导体的制备、单晶半导体的制备、晶圆制备、薄膜制备、金属有机物化学气相沉积、光刻、刻蚀、掺杂及封装。书中简要介绍了半导体芯片制造的基本理论基础,系统介绍了多晶半导体、单晶半导体与晶圆的制备,详细介绍了薄膜制备、光刻与刻蚀及掺杂等工艺。由于目前光电产业的不断发展,对于化合物半导体的使用越来越多,《半导体芯片制造技术》以半导体硅材料芯片制造为主,兼顾化合物半导体材料芯片制造,比如在介绍薄膜制备工艺中,书中用单独的一章介绍了如何通过金属有机物化学气相沉积来制备化合物半导体材料薄膜。《半导体芯片制造技术》针对高职高专学生的特点,以"实用为主、够用为度"为原则,系统地介绍了半导体芯片制造技术。《半导体芯片制造技术》可作为微电子、光电子、光伏、电子等相关专业高职高专的教材,也可作为相关专业学生和技术人员的自学参考用书。