內容簡介
本書共19章，涵蓋先進積體電路工藝的發展史，積體電路製造流程、介電薄膜、金屬化、光刻、刻蝕、表面清潔與濕法刻蝕、摻雜、化學機械平坦化，器件參數與工藝相關性，DFM（Design for Manufacturing），積體電路檢測與分析、積體電路的可靠性，生產控制，良率提升，晶片測試與晶片封裝等內容。再版時加強了半導體器件方面的內容，增加了先進的FinFET、3D NAND存儲器、CMOS圖像感測器以及無結場效應電晶體器件與工藝等內容。
作者簡介
張汝京(Richard Chang)，1948年出生於江蘇南京，畢業於台灣大學機械工程學系，於布法羅紐約州立大學獲得工程科學碩士學位，並在南方衛理公會大學獲得電子工程博士學位。曾在美國德州儀器工作20年。他成功地在美國、日本、新加坡、義大利及中國台灣地區創建並管理10個積體電路工廠的技術開發及運營。1997年加入世大積體電路（WSMC）並出任總裁。2000年4月創辦中芯國際積體電路製造（上海）有限公司並擔任總裁。2012年創立昇瑞光電科技（上海）有限公司並出任總裁，主要經營LED等及其配套產品的開發、設計、製造、測試與封裝等。2014年6月創辦上海新昇半導體科技有限公司並出任總裁, 承擔國家科技重大專項（簡稱“02專項”）的核心工程——“40—28納米積體電路製造用300毫米矽片”項目。張博士擁有超過30年的半導體晶片研發和製造經驗。2005年4月，榮獲中華人民共和國國務院頒發國際科學技術合作獎。2006年獲頒中國半導體業領軍人物稱號。2008年3月，被半導體國際雜誌評為2007年度人物並榮獲SEMI中國產業卓越貢獻獎。2012年成為上海市千人計畫專家。2014年於上海成立新昇半導體科技有限公司，從事300毫米高端大矽片的研發、製造與行銷。
圖書目錄
第1章半導體器件
1．1N型半導體和P型半導體
1．2PN結二極體
1．2．1PN結自建電壓
1．2．2理想PN結二極體方程
1．3雙極型電晶體
1．4金屬氧化物半導體場效應電晶體
1．4．1線性模型
1．4．2非線性模型
1．4．3閾值電壓
1．4．4襯底偏置效應
1．4．5亞閾值電流
1．4．6亞閾值理想因子的推導
1．5CMOS器件面臨的挑戰
1．6結型場效應電晶體
1．7肖特基勢壘柵場效應電晶體
1．8高電子遷移率電晶體
1．9無結場效應電晶體
1．9．1圓柱體全包圍柵無結場效應電晶體突變耗盡層近似器件模型
1．9．2圓柱體全包圍柵無結場效應電晶體完整器件模型
1．9．3無結場效應電晶體器件製作
1．10量子阱場效應電晶體
1．11小結
參考文獻
第2章積體電路製造工藝發展趨勢
2.1引言
2.2橫向微縮所推動的工藝發展趨勢
2.2.1光刻技術
2.2.2溝槽填充技術
2.2.3互連層RC延遲的降低
2.3縱向微縮所推動的工藝發展趨勢
2.3.1等效柵氧厚度的微縮
2.3.2源漏工程
2.3.3自對準矽化物工藝
2.4彌補幾何微縮的等效擴充
2.4.1高k金屬柵
2.4.2載流子遷移率提高技術
2.5展望
參考文獻
第3章CMOS邏輯電路及存儲器製造流程
3.1邏輯技術及工藝流程
3.1.1引言
3.1.2CMOS工藝流程
3．1．3適用於高k柵介質和金屬柵的柵最後形成或置換金屬柵
CMOS工藝流程
3．1．4CMOS與鰭式MOSFET(FinFET)
3.2存儲器技術和製造工藝
3.2.1概述
3.2.2DRAM和eDRAM
3.2.3快閃記憶體
3.2.4FeRAM
3.2.5PCRAM
3.2.6RRAM
3.2.7MRAM
3.2.83DNAND
3．2．9CMOS圖像感測器
3．3無結場效應電晶體器件結構與工藝
參考文獻
第4章電介質薄膜沉積工藝
4.1前言
4.2氧化膜/氮化膜工藝
4.3柵極電介質薄膜
4.3.1柵極氧化介電層氮氧化矽(SiOxNy)
4.3.2高k柵極介質
4.4半導體絕緣介質的填充
4.4.1高密度電漿化學氣相沉積工藝
4.4.2O3TEOS的亞常壓化學氣相沉積工藝
4.5超低介電常數薄膜
4.5.1前言
4.5.2RCdelay對器件運算速度的影響
4.5.3k為2.7~3.0的低介電常數材料
4.5.4k為2.5的超低介電常數材料
4.5.5刻蝕停止層與銅阻擋層介電常數材料
參考文獻
第5章應力工程
5.1簡介
5.2源漏區嵌入技術
5.2.1嵌入式鍺矽工藝
5.2.2嵌入式碳矽工藝
5.3應力記憶技術
5.3.1SMT技術的分類
5.3.2SMT的工藝流程
5.3.3SMT氮化矽工藝介紹及其發展
5.4雙極應力刻蝕阻擋層
5.5應力效應提升技術
參考文獻
第6章金屬薄膜沉積工藝及金屬化
6.1金屬柵
6.1.1金屬柵極的使用
6.1.2金屬柵材料性能的要求
6.2自對準矽化物
6.2.1預清潔處理
6.2.2鎳鉑合金沉積
6.2.3蓋帽層TiN沉積
6.3接觸窗薄膜工藝
6.3.1前言
6.3.2主要的問題
6.3.3前處理工藝
6.3.4PVDTi
6.3.5TiN製程
6.3.6Wplug製程
6.4金屬互連
6.4.1前言
6.4.2預清潔工藝
6.4.3阻擋層
6.4.4種子層
6.4.5銅化學電鍍
6.4.6洗邊和退火
6.5小結
參考文獻
第7章光刻技術
7.1光刻技術簡介
7.1.1光刻技術發展歷史
7.1.2光刻的基本方法
7.1.3其他圖像傳遞方法
7.2光刻的系統參數
7.2.1波長、數值孔徑、像空間介質折射率
7.2.2光刻解析度的表示
7.3光刻工藝流程
7.4光刻工藝視窗以及圖形完整性評價方法
7.4.1曝光能量寬裕度,歸一化圖像對數斜率(NILS)
7.4.2對焦深度(找平方法)
7.4.3掩膜版誤差因子
7.4.4線寬均勻性
7.4.5光刻膠形貌
7.4.6對準、套刻精度
7.4.7缺陷的檢測、分類、原理以及排除方法
7.5相干和部分相干成像
7.5.1光刻成像模型，調製傳遞函式
7.5.2點擴散函式
7.5.3偏振效應
7.5.4掩膜版三維尺寸效應
7.6光刻設備和材料
7.6.1光刻機原理介紹
7.6.2光學像差及其對光刻工藝視窗的影響
7.6.3光刻膠配製原理
7.6.4掩膜版製作介紹
7.7與解析度相關工藝視窗增強方法
7.7.1離軸照明
7.7.2相移掩膜版
7.7.3亞衍射散射條
7.7.4光學鄰近效應修正
7.7.5二重圖形技術
7.7.6浸沒式光刻
7.7.7極紫外光刻
參考文獻
第8章乾法刻蝕
8.1引言
8.1.1等離子刻蝕
8.1.2乾法刻蝕機的發展
8.1.3乾法刻蝕的度量
8.2乾法刻蝕建模
8.2.1基本原理模擬
8.2.2經驗模型
8.3先進的乾法刻蝕反應器
8.3.1泛林半導體
8.3.2東京電子
8.3.3套用材料
8.4乾法刻蝕套用
8.4.1淺槽隔離(STI)刻蝕
8.4.2多晶矽柵刻蝕
8.4.3柵側牆刻蝕
8.4.4鎢接觸孔刻蝕
8.4.5銅通孔刻蝕
8.4.6電介質溝槽刻蝕
8.4.7鋁墊刻蝕
8.4.8灰化
8.4.9新近出現的刻蝕
8.5先進的刻蝕工藝控制
參考文獻
第9章積體電路製造中的污染和清洗技術
9.1IC製造過程中的污染源
9.2IC污染對器件的影響
9.3晶片的濕法處理概述
9.3.1晶片濕法處理的要求
9.3.2晶片濕法處理的機理
9.3.3晶片濕法處理的範圍
9.4晶片表面顆粒去除方法
9.4.1顆粒化學去除
9.4.2顆粒物理去除
9.5製程沉積膜前/後清洗
9.6製程光阻清洗
9.7晶片濕法刻蝕技術
9.7.1晶片濕法刻蝕過程原理
9.7.2矽濕法刻蝕
9.7.3氧化矽濕法刻蝕
9.7.4氮化矽濕法刻蝕
9.7.5金屬濕法刻蝕
9.8晶背/邊緣清洗和膜層去除
9.965nm和45nm以下濕法處理難點以及HKMG濕法套用
9.9.1柵極表面預處理
9.9.2疊層柵極:選擇性刻蝕和清洗
9.9.3臨時polySi去除
9.10濕法清洗機台及其沖洗和乾燥技術
9.10.1單片旋轉噴淋清洗機
9.10.2批旋轉噴淋清洗機
9.10.3批浸泡式清洗機
9.11污染清洗中的測量與表征
9.11.1顆粒量測
9.11.2金屬離子檢測
9.11.3四探針厚度測量
9.11.4橢圓偏光厚度測量
9.11.5其他度量
參考文獻
第10章超淺結技術
10.1簡介
10.2離子注入
10.3快速熱處理工藝
參考文獻
第11章化學機械平坦化
11.1引言
11.2淺槽隔離拋光
11.2.1STICMP的要求和演化
11.2.2氧化鈰研磨液的特點
11.2.3固定研磨粒拋光工藝
11.3銅拋光
11.3.1CuCMP的過程和機理
11.3.2先進工藝對CuCMP的挑戰
11.3.3CuCMP產生的缺陷
11.4高k金屬柵拋光的挑戰
11.4.1CMP在高k金屬柵形成中的套用
11.4.2ILD0CMP的方法及使用的研磨液
11.4.3AlCMP的方法及使用的研磨液
11.5GST拋光(GSTCMP)
11.5.1GSTCMP的套用
11.5.2GSTCMP的挑戰
11.6小結
參考文獻
第12章器件參數和工藝相關性
12.1MOS電性參數
12.2柵極氧化層製程對MOS電性參數的影響
12.3柵極製程對MOS電性參數的影響
12.4超淺結對MOS電性參數的影響
12.5金屬矽化物對MOS電性參數的影響
12.6多重連導線
第13章可製造性設計
13.1介紹
13.2DFM技術和工作流程
13.2.1光刻DFM
13.2.2Metal1圖形的例子
13.3CMPDFM
13.4DFM展望
參考文獻
第14章半導體器件失效分析
14.1失效分析概論
14.1.1失效分析基本原則
14.1.2失效分析流程
14.2失效分析技術
14.2.1封裝器件的分析技術
14.2.2開封技術
14.2.3失效定位技術
14.2.4樣品製備技術
14.2.5微分析技術
14.2.6表面分析技術
14.3案例分析
參考文獻
第15章積體電路可靠性介紹
15.1熱載流子效應(HCI)
15.1.1HCI的機理
15.1.2HCI壽命模型
15.2負偏壓溫度不穩定性(NBTI)
15.2.1NBTI機理
15.2.2NBTI模型
15.3經時介電層擊穿(TDDB)
15.4電壓斜坡(Vramp)和電流斜坡(Jramp)測量技術
15.5氧化層擊穿壽命預測
15.6電遷移
15.7應力遷移
15.8積體電路可靠性面臨的挑戰
15.9結論
第16章積體電路測量
16.1測量系統分析
16.1.1準確性和精確性
16.1.2測量系統的分辨力
16.1.3穩定分析
16.1.4位置分析
16.1.5變異分析
16.1.6量值的溯源、校準和檢定
16.2原子力顯微鏡
16.2.1儀器結構
16.2.2工作模式
16.3掃描電子顯微鏡
16.4橢圓偏振光譜儀
16.5統計過程控制
16.5.1統計控制圖
16.5.2過程能力指數
16.5.3統計過程控制在積體電路生產中的套用
參考文獻
第17章良率改善
17.1良率改善介紹
17.1.1關於良率的基礎知識
17.1.2失效機制
17.1.3良率學習體系
17.2用於良率提高的分析方法
17.2.1基本圖表在良率分析中的套用
17.2.2常用的分析方法
17.2.3系統化的良率分析方法
第18章測試工程
18.1測試硬體和程式
18.1.1測試硬體
18.1.2測試程式
18.1.3缺陷、失效和故障
18.2儲存器測試
18.2.1儲存器測試流程
18.2.2測試圖形
18.2.3故障模型
18.2.4冗餘設計與雷射修復
18.2.5儲存器可測性設計
18.2.6老化與測試
18.3IDDQ測試
18.3.1IDDQ測試和失效分析
18.3.2IDDQ測試與可靠性
18.4數字邏輯測試
18.5可測性設計
18.5.1掃描測試
18.5.2內建自測試
參考文獻
第19章晶片封裝
19.1傳統的晶片封裝製造工藝
19.1.1減薄（BackGrind）
19.1.2貼膜（WaferMount）
19.1.3劃片（WaferSaw）
19.1.4貼片(DieAttach)
19.1.5銀膠烘焙(EpoxyCuring)
19.1.6打線鍵合(WireBond)
19.1.7塑封成型(壓模成型，Mold)
19.1.8塑封后烘焙（PostMoldCuring）
19.1.9除渣及電鍍（DeflashandPlating）
19.1.10電鍍後烘焙（PostPlatingBaking）
19.1.11切筋整腳成型（Trim/From）
19.2大電流的功率器件需用鋁線鍵合工藝取代金線鍵合工藝
19.3QFN的封裝與傳統封裝的不同點
19.4銅線鍵合工藝取代金線工藝
19.5立體封裝(3DPackage)形式簡介
19.5.1覆晶式封裝（FlipChipBGA）
19.5.2堆疊式封裝（StackMultichippackage）
19.5.3晶片覆晶式級封裝（WLCSP）
19.5.4晶片級堆疊式封裝（TSVpackage）
參考文獻
