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基本信息

书名：硅集成电路工艺基础(第二版)

定价：52.00元

作者：关旭东

出版社：北京大学出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787301241097

字数：546000

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《硅集成电路工艺基础（第二版）》非常值得推荐。

内容提要

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　　《硅集成电路工艺基础(第2版21世纪微电子学专业规划教材普通高等教育十五*规划教材)》系统地讲述了硅集成电路制造的基础工艺，重点放在工艺物理基础和基本原理上。全书共十一章，其中章简单地讲述了硅的晶体结构和非晶体结构及其特点，第二章到第九章分别讲述了硅集成电路制造中的基本单项工艺，包括氧化、扩散、离子注入、物理气相淀积、化学气相淀积、外延、光刻与刻蚀、金属化与多层互连，后两章分别讲述的是工艺集成和薄膜晶体管的制装工艺。
　　《硅集成电路工艺基础(第2版21世纪微电子学专业规划教材普通高等教育十五*规划教材)》可作为高等学校微电子专业本科生和研究生的教材或参考书，也可供从事集成电路制造的工艺技术人员阅读。

目录

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章 硅晶体和非晶体
1.1 硅的晶体结构
1.1.l 晶胞
1.1.2 原子密度
1.1.3 共价四面体
1.1.4 晶体内部的空隙
1.2 晶向、晶面和堆积模型
1.2.1 晶向
1.2.2 晶面
1.2.3 堆积模型
1.2.4 双层密排面
1.3 硅晶体中的缺陷
1.3.1 点缺陷
1.3.2 线缺陷
1.3.3 面缺陷
1.3.4 体缺陷
1.4 硅中的杂质
1.5 杂质在硅晶体中的溶解度
1.6 非晶硅结构和特性
1.6.1 非晶硅的结构
1.6.2 非晶网络模型
1.6.3 非晶态半导体的制备方法.
1.6.4 非晶硅半导体中的缺陷
1.6.5 氢化非晶硅
1.6.6 非晶硅半导体中的掺杂效应
参考文献
第二章 氧化
2.1 SiO2的结构及性质
2.1.1 结构
2.1.2 SiO2的主要性质
2.2 SiO2的掩蔽作用
2.2.1 杂质在SiO2中的存在形式
2.2.2 杂质在SiO2中的扩散系数
2.2.3 掩蔽层厚度的确定
2.3 硅的热氧化生长动力学
2.3.1 硅的热氧化
2.3.2 热氧化生长动力学
2.3.3 热氧化SiO2生长速率
2.4 决定氧化速率常数和影响氧化速率的各种因素
2.4.1 决定氧化速率常数的各种因素
2.4.2 影响氧化速率的其他因素
2.5 热氧化过程中的杂质再分布
2.5.1 杂质的再分布
2.5.2 再分布对硅表面杂质浓度的影响
2.6 初始氧化及薄氧化层的制备
2.6.1 快速初始氧化阶段
2.6.2 薄氧化层的制备
2.7 Si-SiO2界面特性
2.7.1 可动离子电荷Qm
2.7.2 界面陷阱(捕获)电荷Qit
2.7.3 SiO2中固定正电荷Qf
2.7.4 氧化层陷阱电荷Qot
参考文献
第三章 扩散
3.1 杂质扩散机制
3.1.1 间隙式扩散
3.1.2 替位式扩散
3.2 扩散系数与扩散方程
3.2.1 菲克定律
3.2.2 扩散系数
3.2.3 菲克第二定律(扩散方程)
3.3 扩散杂质的分布
3.3.1 恒定表面源扩散
3.3.2 有限表面源扩散
第四章 离子注入
第五章 物理气相淀积
第六章 化学气相淀积
第七章 外延
第八章 光刻工艺
第九章 金属化与多层互联
第十章 工艺集成
第十一章 薄膜晶体管制造工艺
附录

作者介绍

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关旭东，北京大学信息学院微电子系 职称：教授 研究方向：硅集成电路的设计和规划 主要作品：硅集成电路工艺基础。

文摘

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序言

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《硅集成电路工艺基础（第二版）》图书简介 引言 在信息时代飞速发展的浪潮中，集成电路（Integrated Circuit, IC）作为现代电子设备的大脑和神经中枢，其重要性不言而喻。从智能手机、个人电脑到高性能服务器、通信基站，再到汽车电子、航空航天等尖端领域，集成电路无处不在，深刻地改变着我们的生活方式和生产模式。而实现这些微小而强大的芯片，离不开背后精密的制造工艺。本书《硅集成电路工艺基础（第二版）》旨在为读者系统地、深入地介绍硅集成电路制造过程中至关重要的基础技术和理论，为理解和掌握这一复杂而迷人的学科奠定坚实的基础。 本书第二版在继承第一版扎实内容的基础上，紧跟半导体技术发展的最新动态，对原有章节进行了更新和补充，新增了更多前沿工艺技术和相关的理论分析，力求为读者提供一份兼具深度、广度和前瞻性的教材。我们相信，通过对本书的学习，读者将能够： 建立系统性的工艺认知： 掌握硅集成电路制造从晶圆制备到最终封装的完整流程，理解各工艺步骤之间的内在联系与相互影响。 理解核心技术原理： 深入探究光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等关键工艺的技术原理、设备模型和工艺控制要点。 掌握关键材料特性： 了解不同半导体材料、掩模材料、光刻胶、刻蚀剂等在工艺中的作用及其性能要求。 认识工艺挑战与发展趋势： 把握当前集成电路制造面临的挑战，如特征尺寸的不断缩小、良率的提升、新材料的应用等，以及未来工艺技术的发展方向。 培养解决实际问题的能力： 为从事集成电路设计、制造、封装、测试等相关领域的专业人士提供必要的理论指导和实践参考。 章节内容概览 本书共包含 XX 个章节（此处请根据实际书籍章节数填写），以下将对其中主要内容进行详细介绍： 第一部分：半导体材料与晶圆制备 第一章：半导体材料基础 本章将首先介绍集成电路制造中最核心的基底材料——硅。我们将从硅的原子结构、晶体结构出发，阐述其优异的半导体特性，包括能带结构、载流子传输、杂质控制等。 进一步，我们将探讨硅提纯的工艺流程，例如西门子法（Siemens Process）等，以及其对最终芯片性能的影响。 高质量的单晶硅晶圆是制造的基础，本章将详细介绍直拉法（Czochralski Method, CZ）和区熔法（Float-Zone Method, FZ）两种主流的单晶硅生长技术，包括生长过程中的温度梯度控制、坩埚材料、晶体取向等关键因素。 晶圆的晶体缺陷（如位错、点缺陷、夹杂物等）对器件性能至关重要，我们将分析各类缺陷的成因、表征方法以及对器件可靠性的影响。 此外，本书还将简要介绍非硅基半导体材料（如砷化镓、氮化镓等）在特定应用中的优势和挑战，为读者提供更广阔的视野。 第二章：硅晶圆的制备与表面处理 晶圆的几何尺寸（如直径）和表面质量直接影响后续工艺的可行性和一致性。本章将详细讲解晶圆的切割（Sawing）、研磨（Grinding）、化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）等过程，以获得具有高平整度和低表面损伤的晶圆。 CMP作为实现纳米级表面平整度的关键工艺，其化学过程、机械作用、抛光液成分以及参数控制将得到深入剖析。 晶圆表面存在的微粒、金属污染物、有机污染物等都会导致器件失效。本章将介绍各种表面清洗技术（如 RCA 清洗、臭氧水清洗等），以及表面状态的检测方法。 本章还会涉及晶圆的应力控制、表面应力退火等内容，以确保晶圆在高温工艺中的稳定性。 第二部分：核心微纳加工工艺 第三章：光刻技术（Photolithography） 光刻是集成电路制造中最核心、最复杂的工艺之一，它是将掩模版上的电路图形转移到晶圆上的关键步骤。 本章将从光刻原理讲起，详细介绍光学成像原理、衍射、干涉等物理现象在光刻中的应用。 我们将重点讲解不同类型的光源（如汞灯、深紫外光 DUV、极紫外光 EUV）及其技术演进，分析其分辨率极限和工艺挑战。 掩模版的制造（Mask Making）也是光刻链条上不可或缺的一环，本章将介绍掩模版的设计、材料、以及电子束光刻（E-beam Lithography）等制造方法。 光刻胶（Photoresist）是实现图形转移的关键化学材料。本章将深入探讨不同类型的光刻胶（如正性胶、负性胶）、其化学成分、曝光和显影机理，以及先进光刻胶的需求。 光刻工艺中的关键参数，如曝光剂量、焦点深度（DOF）、套刻精度（Overlay）等，以及提高分辨率的技术（如光学邻近效应修正 OPC、相移掩模版 PSM、浸没式光刻 immersion lithography）将进行详尽的讨论。 第四章：刻蚀技术（Etching） 刻蚀是利用化学或物理方法去除不需要的材料，以形成电路图形的步骤。 本章将区分干法刻蚀（Dry Etching）和湿法刻蚀（Wet Etching）。湿法刻蚀以其简便、成本低廉等特点在某些领域仍有应用，但其选择性、各向同性等问题限制了其在精密加工中的使用。 干法刻蚀是现代集成电路制造的主流。我们将详细介绍等离子体刻蚀（Plasma Etching），包括电容耦合等离子体（CCP）和感应耦合等离子体（ICP）的反应机理、等离子体鞘层、离子轰击等。 反应离子束刻蚀（RIBE）和离子束刻蚀（IBE）等物理刻蚀方法也将被介绍，它们在高精度、低损伤刻蚀方面具有独特优势。 刻蚀过程中的关键参数，如刻蚀速率、选择比（Selectivity）、各向异性（Anisotropy）、侧壁损伤等，以及提高刻蚀精度的技术（如侧壁保护技术、反应物输运控制）将深入探讨。 本书还将涉及特定材料（如硅、二氧化硅、氮化硅、金属等）的刻蚀工艺特点和挑战。 第五章：薄膜沉积（Thin Film Deposition） 薄膜沉积是在晶圆表面形成一层或多层特定材料的薄膜，这些薄膜可以是绝缘层、导体层或半导体层，是构成集成电路器件的基本结构单元。 本章将重点介绍物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）技术，包括溅射（Sputtering）和蒸发（Evaporation）。我们将分析溅射的原理、溅射靶材、等离子体特性以及影响薄膜质量的因素。 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）是另一种重要的薄膜沉积技术。本章将详细介绍大气压CVD（APCVD）、低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）等不同类型的CVD工艺，分析其反应机理、前驱体选择、以及在不同材料（如多晶硅、氮化硅、二氧化硅）沉积中的应用。 原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）作为一种超薄、超均匀薄膜制备技术，因其在栅介质、高介电常数材料等方面的应用而备受关注，本书将对ALD的原理和优势进行重点介绍。 此外，本章还将涵盖外延生长（Epitaxy），特别是硅外延，它能生长出具有特定晶体结构和掺杂特性的高质量单晶硅层，对高性能器件至关重要。 第六章：离子注入（Ion Implantation） 离子注入是一种精确控制半导体掺杂浓度和分布的关键工艺，用于改变半导体的导电类型和电导率。 本章将详细介绍离子注入的物理过程，包括离子源、加速器、质量分析器、扫描系统等设备组成。 我们将深入分析离子在硅中的沟道效应、能量损失机制（电子激发和核碰撞），以及最终形成的掺杂浓度分布（如高斯分布、LSS理论）。 离子注入的工艺参数，如注入能量、注入剂量、注入角度等，对器件性能的影响将得到详细阐述。 本章还会介绍后续的退火工艺（Annealing），如热退火、快速热退火（RTA），它们用于激活注入的杂质、修复晶格损伤以及形成特定的结型。 第三部分：器件结构与工艺集成 第七章：CMOS 器件结构与工艺流程 互补金属氧化物半导体（CMOS）是当前集成电路中最主流的器件技术。本章将以CMOS技术为例，系统地介绍集成电路的制造流程。 我们将详细讲解从晶圆准备、STI（浅沟槽隔离）形成、阱区（Well）形成、栅极（Gate）形成、源漏（Source/Drain）掺杂、接触孔（Contact Hole）形成、金属互连（Metallization）到最终的钝化（Passivation）和测试等一系列复杂工序。 对于每个步骤，都将结合光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等基础工艺，阐述其工艺步骤、关键设备、以及对器件性能的影响。 我们将深入分析不同代际CMOS技术的演进，例如从平面晶体管到鳍式场效应晶体管（FinFET），以及未来栅极全环（GAA）技术的发展。 第八章：互连技术与三维集成 随着集成电路复杂度的不断提升，互连线（Interconnects）在芯片性能中的占比越来越大，成为新的瓶颈。 本章将介绍多层金属互连的结构和工艺，包括铜互连技术（Copper Interconnects）及其化学机械抛光（CMP）和电化学沉积（ECD）工艺。 低介电常数（Low-k）材料在互连线中的应用，以及其制备和可靠性挑战将是本章的重点。 先进的互连技术，如应力工程（Stress Engineering）、金属栅极（Metal Gate）、高性能接触技术等，也将得到讨论。 此外，本书还将初步介绍三维集成（3D Integration）的概念和技术，如硅穿孔（Through-Silicon Via, TSV）等，它们是实现更高集成度和性能的重要途径。 第四部分：工艺控制与可靠性 第九章：工艺参数控制与良率分析 集成电路的制造是一个高度依赖精密参数控制的流程。本章将强调过程监控（In-line Monitoring）和统计过程控制（Statistical Process Control, SPC）的重要性。 我们将介绍各种在线测量技术，如椭圆仪（Ellipsometry）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等，用于监控薄膜厚度、刻蚀深度、侧壁形貌等关键参数。 良率（Yield）是衡量制造水平的关键指标，本章将分析导致良率下降的常见因素（如工艺偏差、设备故障、操作失误、材料缺陷等），并介绍提高良率的策略和方法。 第十章：器件可靠性与失效分析 集成电路的可靠性直接关系到其在实际应用中的稳定性和寿命。 本章将讨论影响器件可靠性的关键因素，如热载流子注入（Hot Carrier Injection, HCI）、栅氧化层击穿（Gate Oxide Breakdown）、电迁移（Electromigration）等，并分析其物理机制。 电应力测试（Stress Testing）、加速寿命试验（Accelerated Life Testing）等可靠性评估方法也将被介绍。 失效分析（Failure Analysis, FA）技术，包括非破坏性检测（如X射线成像、声波成像）和破坏性检测（如截面分析、能谱分析），是定位和解决器件失效问题的关键手段。 结论与展望 本书在最后将对硅集成电路工艺的现状进行总结，并对未来的发展趋势进行展望。我们将讨论摩尔定律的挑战、新兴半导体材料（如二维材料）的应用、人工智能在工艺开发和控制中的作用，以及未来更高集成度的发展方向。 结语 《硅集成电路工艺基础（第二版）》力求成为一本内容权威、体系完整、讲解清晰的教材。我们希望通过本书，能够引导读者穿越错综复杂的半导体制造工艺迷宫，理解其中蕴含的科学原理和工程智慧，激发对这一领域更深入的探索和研究。无论您是初学者，还是希望深化理解的从业者，本书都将是您宝贵的知识伙伴。