具体描述
本书共19章,涵盖先进集成电路工艺的发展史,集成电路制造流程、介电薄膜、金属化、光刻、刻蚀、表面清洁与湿法刻蚀、掺杂、化学机械平坦化,器件参数与工艺相关性,DFM(Design for Manufacturing),集成电路检测与分析、集成电路的可靠性,生产控制,良率提升,芯片测试与芯片封装等内容。 再版时加强了半导体器件方面的内容,增加了先进的FinFET、3D NAND存储器、CMOS图像传感器以及无结场效应晶体管器件与工艺等内容。
作者简介
张汝京(Richard Chang),1948年出生于江苏南京,毕业于台湾大学机械工程学系,于布法罗纽约州立大学获得工程科学硕士学位,并在南方卫理公会大学获得电子工程博士学位。曾在美国德州仪器工作20年。他成功地在美国、日本、新加坡、意大利及中国台湾地区创建并管理10个 集成电路工厂的技术开发及运营。1997年加入世大集成电路(WSMC)并出任总裁。2000年4月创办中芯国际集成电路制造(上海)有限公司并担任总裁。2012年创立昇瑞光电科技(上海)有限公司并出任总裁,主要经营LED等及其配套产品的开发、设计、制造、测试与封装等。2014年6月创办上海新昇半导体科技有限公司并出任总裁, 承担国家科技重大专项(简称“02专项”)的核心工程——“40—28纳米集成电路制造用300毫米硅片”项目。张博士拥有超过30年的半导体芯片研发和制造经验。2005年4月,荣获中华人民共和国国务院颁发国际科学技术合作奖。2006年获颁中国半导体业领军人物称号。2008年3月,被半导体国际杂志评为2007年度人物并荣获SEMI中国产业卓越贡献奖。2014年于上海成立新昇半导体科技有限公司,从事300毫米高端大硅片的研发、制造与行销。
目录信息
第1章半导体器件
1.1N型半导体和P型半导体
1.2PN结二极管
1.2.1PN结自建电压
1.2.2理想PN结二极管方程
1.3双极型晶体管
1.4金属氧化物半导体场效应晶体管
1.4.1线性模型
1.4.2非线性模型
1.4.3阈值电压
1.4.4衬底偏置效应
1.4.5亚阈值电流
1.4.6亚阈值理想因子的推导
1.5CMOS器件面临的挑战
1.6结型场效应晶体管
1.7肖特基势垒栅场效应晶体管
1.8高电子迁移率晶体管
1.9无结场效应晶体管
1.9.1圆柱体全包围栅无结场效应晶体管突变耗尽层近似器件模型
1.9.2圆柱体全包围栅无结场效应晶体管完整器件模型
1.9.3无结场效应晶体管器件制作
1.10量子阱场效应晶体管
1.11小结
参考文献
第2章集成电路制造工艺发展趋势
2.1引言
2.2横向微缩所推动的工艺发展趋势
2.2.1光刻技术
2.2.2沟槽填充技术
2.2.3互连层RC延迟的降低
2.3纵向微缩所推动的工艺发展趋势
2.3.1等效栅氧厚度的微缩
2.3.2源漏工程
2.3.3自对准硅化物工艺
2.4弥补几何微缩的等效扩充
2.4.1高k金属栅
2.4.2载流子迁移率提高技术
2.5展望
参考文献
第3章CMOS逻辑电路及存储器制造流程
3.1逻辑技术及工艺流程
3.1.1引言
3.1.2CMOS工艺流程
3.1.3适用于高k栅介质和金属栅的栅最后形成或置换金属栅
CMOS工艺流程
3.1.4CMOS与鳍式MOSFET(FinFET)
3.2存储器技术和制造工艺
3.2.1概述
3.2.2DRAM和eDRAM
3.2.3闪存
3.2.4FeRAM
3.2.5PCRAM
3.2.6RRAM
3.2.7MRAM
3.2.83D NAND
3.2.9CMOS图像传感器
3.3无结场效应晶体管器件结构与工艺
参考文献
第4章电介质薄膜沉积工艺
4.1前言
4.2氧化膜/氮化膜工艺
4.3栅极电介质薄膜
4.3.1栅极氧化介电层氮氧化硅(SiOxNy)
4.3.2高k栅极介质
4.4半导体绝缘介质的填充
4.4.1高密度等离子体化学气相沉积工艺
4.4.2O3TEOS的亚常压化学气相沉积工艺
4.5超低介电常数薄膜
4.5.1前言
4.5.2RC delay对器件运算速度的影响
4.5.3k为2.7~3.0的低介电常数材料
4.5.4k为2.5的超低介电常数材料
4.5.5刻蚀停止层与铜阻挡层介电常数材料
参考文献
第5章应力工程
5.1简介
5.2源漏区嵌入技术
5.2.1嵌入式锗硅工艺
5.2.2嵌入式碳硅工艺
5.3应力记忆技术
5.3.1SMT技术的分类
5.3.2SMT的工艺流程
5.3.3SMT氮化硅工艺介绍及其发展
5.4双极应力刻蚀阻挡层
5.5应力效应提升技术
参考文献
第6章金属薄膜沉积工艺及金属化
6.1金属栅
6.1.1金属栅极的使用
6.1.2金属栅材料性能的要求
6.2自对准硅化物
6.2.1预清洁处理
6.2.2镍铂合金沉积
6.2.3盖帽层TiN沉积
6.3接触窗薄膜工艺
6.3.1前言
6.3.2主要的问题
6.3.3前处理工艺
6.3.4PVD Ti
6.3.5TiN制程
6.3.6W plug制程
6.4金属互连
6.4.1前言
6.4.2预清洁工艺
6.4.3阻挡层
6.4.4种子层
6.4.5铜化学电镀
6.4.6洗边和退火
6.5小结
参考文献
第7章光刻技术
7.1光刻技术简介
7.1.1光刻技术发展历史
7.1.2光刻的基本方法
7.1.3其他图像传递方法
7.2光刻的系统参数
7.2.1波长、数值孔径、像空间介质折射率
7.2.2光刻分辨率的表示
7.3光刻工艺流程
7.4光刻工艺窗口以及图形完整性评价方法
7.4.1曝光能量宽裕度, 归一化图像对数斜率(NILS)
7.4.2对焦深度(找平方法)
7.4.3掩膜版误差因子
7.4.4线宽均匀性
7.4.5光刻胶形貌
7.4.6对准、套刻精度
7.4.7缺陷的检测、分类、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,调制传递函数
7.5.2点扩散函数
7.5.3偏振效应
7.5.4掩膜版三维尺寸效应
7.6光刻设备和材料
7.6.1光刻机原理介绍
7.6.2光学像差及其对光刻工艺窗口的影响
7.6.3光刻胶配制原理
7.6.4掩膜版制作介绍
7.7与分辨率相关工艺窗口增强方法
7.7.1离轴照明
7.7.2相移掩膜版
7.7.3亚衍射散射条
7.7.4光学邻近效应修正
7.7.5二重图形技术
7.7.6浸没式光刻
7.7.7极紫外光刻
参考文献
第8章干法刻蚀
8.1引言
8.1.1等离子刻蚀
8.1.2干法刻蚀机的发展
8.1.3干法刻蚀的度量
8.2干法刻蚀建模
8.2.1基本原理模拟
8.2.2经验模型
8.3先进的干法刻蚀反应器
8.3.1泛林半导体
8.3.2东京电子
8.3.3应用材料
8.4干法刻蚀应用
8.4.1浅槽隔离(STI)刻蚀
8.4.2多晶硅栅刻蚀
8.4.3栅侧墙刻蚀
8.4.4钨接触孔刻蚀
8.4.5铜通孔刻蚀
8.4.6电介质沟槽刻蚀
8.4.7铝垫刻蚀
8.4.8灰化
8.4.9新近出现的刻蚀
8.5先进的刻蚀工艺控制
参考文献
第9章集成电路制造中的污染和清洗技术
9.1IC 制造过程中的污染源
9.2IC污染对器件的影响
9.3晶片的湿法处理概述
9.3.1晶片湿法处理的要求
9.3.2晶片湿法处理的机理
9.3.3晶片湿法处理的范围
9.4晶片表面颗粒去除方法
9.4.1颗粒化学去除
9.4.2颗粒物理去除
9.5制程沉积膜前/后清洗
9.6制程光阻清洗
9.7晶片湿法刻蚀技术
9.7.1晶片湿法刻蚀过程原理
9.7.2硅湿法刻蚀
9.7.3氧化硅湿法刻蚀
9.7.4氮化硅湿法刻蚀
9.7.5金属湿法刻蚀
9.8晶背/边缘清洗和膜层去除
9.965nm和45nm以下湿法处理难点以及HKMG湿法应用
9.9.1栅极表面预处理
9.9.2叠层栅极: 选择性刻蚀和清洗
9.9.3临时polySi 去除
9.10湿法清洗机台及其冲洗和干燥技术
9.10.1单片旋转喷淋清洗机
9.10.2批旋转喷淋清洗机
9.10.3批浸泡式清洗机
9.11污染清洗中的测量与表征
9.11.1颗粒量测
9.11.2金属离子检测
9.11.3四探针厚度测量
9.11.4椭圆偏光厚度测量
9.11.5其他度量
参考文献
第10章超浅结技术
10.1简介
10.2离子注入
10.3快速热处理工艺
参考文献
第11章化学机械平坦化
11.1引言
11.2浅槽隔离抛光
11.2.1STI CMP的要求和演化
11.2.2氧化铈研磨液的特点
11.2.3固定研磨粒抛光工艺
11.3铜抛光
11.3.1Cu CMP的过程和机理
11.3.2先进工艺对Cu CMP的挑战
11.3.3Cu CMP产生的缺陷
11.4高k金属栅抛光的挑战
11.4.1CMP在高k金属栅形成中的应用
11.4.2ILD0 CMP的方法及使用的研磨液
11.4.3Al CMP的方法及使用的研磨液
11.5GST抛光(GST CMP)
11.5.1GST CMP的应用
11.5.2GST CMP的挑战
11.6小结
参考文献
第12章器件参数和工艺相关性
12.1MOS电性参数
12.2栅极氧化层制程对MOS电性参数的影响
12.3栅极制程对MOS电性参数的影响
12.4超浅结对MOS电性参数的影响
12.5金属硅化物对MOS电性参数的影响
12.6多重连导线
第13章可制造性设计
13.1介绍
13.2DFM技术和工作流程
13.2.1光刻 DFM
13.2.2Metal1图形的例子
13.3CMP DFM
13.4DFM展望
参考文献
第14章半导体器件失效分析
14.1失效分析概论
14.1.1失效分析基本原则
14.1.2失效分析流程
14.2失效分析技术
14.2.1封装器件的分析技术
14.2.2开封技术
14.2.3失效定位技术
14.2.4样品制备技术
14.2.5微分析技术
14.2.6表面分析技术
14.3案例分析
参考文献
第15章集成电路可靠性介绍
15.1热载流子效应 (HCI)
15.1.1HCI的机理
15.1.2HCI 寿命模型
15.2负偏压温度不稳定性(NBTI)
15.2.1NBTI机理
15.2.2NBTI模型
15.3经时介电层击穿(TDDB)
15.4电压斜坡(Vramp)和电流斜坡(Jramp)测量技术
15.5氧化层击穿寿命预测
15.6电迁移
15.7应力迁移
15.8集成电路可靠性面临的挑战
15.9结论
第16章集成电路测量
16.1测量系统分析
16.1.1准确性和精确性
16.1.2测量系统的分辨力
16.1.3稳定分析
16.1.4位置分析
16.1.5变异分析
16.1.6量值的溯源、校准和检定
16.2原子力显微镜
16.2.1仪器结构
16.2.2工作模式
16.3扫描电子显微镜
16.4椭圆偏振光谱仪
16.5统计过程控制
16.5.1统计控制图
16.5.2过程能力指数
16.5.3统计过程控制在集成电路生产中的应用
参考文献
第17章良率改善
17.1良率改善介绍
17.1.1关于良率的基础知识
17.1.2失效机制
17.1.3良率学习体系
17.2用于良率提高的分析方法
17.2.1基本图表在良率分析中的应用
17.2.2常用的分析方法
17.2.3系统化的良率分析方法
第18章测试工程
18.1测试硬件和程序
18.1.1测试硬件
18.1.2测试程序
18.1.3缺陷、失效和故障
18.2储存器测试
18.2.1储存器测试流程
18.2.2测试图形
18.2.3故障模型
18.2.4冗余设计与激光修复
18.2.5储存器可测性设计
18.2.6老化与测试
18.3IDDQ测试
18.3.1IDDQ测试和失效分析
18.3.2IDDQ测试与可靠性
18.4数字逻辑测试
18.5可测性设计
18.5.1扫描测试
18.5.2内建自测试
参考文献
第19章芯片封装
19.1传统的芯片封装制造工艺
19.1.1减薄(Back Grind)
19.1.2贴膜(Wafer Mount)
19.1.3划片(Wafer Saw)
19.1.4贴片(Die Attach)
19.1.5银胶烘焙(Epoxy Curing)
19.1.6打线键合(Wire Bond)
19.1.7塑封成型(压模成型,Mold)
19.1.8塑封后烘焙(Post Mold Curing)
19.1.9除渣及电镀(Deflash and Plating)
19.1.10电镀后烘焙(Post Plating Baking)
19.1.11切筋整脚成型(Trim/From)
19.2大电流的功率器件需用铝线键合工艺取代金线键合工艺
19.3QFN的封装与传统封装的不同点
19.4铜线键合工艺取代金线工艺
19.5立体封装(3D Package)形式简介
19.5.1覆晶式封装(FlipChip BGA)
19.5.2堆叠式封装(Stack Multichip package)
19.5.3芯片覆晶式级封装(WLCSP)
19.5.4芯片级堆叠式封装(TSV package)
参考文献
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书的参考文献和附录部分,同样体现了作者严谨的治学态度和对知识的尊重。作者引用了大量业界权威的研究报告、学术论文以及相关标准,为书中内容提供了坚实的理论基础和可信度。每一个技术点的背后,都有相应的文献支撑,这使得读者在深入研究某个特定主题时,能够找到进一步学习的资源。附录部分的内容也极其丰富,包括了各种常用的物理单位换算、材料性质表格、以及一些重要的工艺参数参考。这些附加信息对于需要进行实际计算和设计的读者来说,无疑是非常宝贵的。它显示出作者不仅希望读者能够理解书中的概念,更希望读者能够掌握在实际工作中所需的工具和方法。这种对细节的关注,让我对这本书的专业性和价值有了更全面的认识。
我非常喜欢作者在介绍各种制造工艺时所采用的逻辑结构。他并没有急于直接呈现复杂的图表和公式,而是从宏观层面入手,首先勾勒出整个纳米集成电路制造流程的概览。这种“总-分”的讲解方式,极大地帮助我建立了对整个制造链条的清晰认识,使得后续对具体工艺的理解更加容易。例如,在介绍光刻工艺时,作者首先说明了其在集成电路制造中的核心地位,然后逐步深入到光刻机的原理、光刻胶的种类、曝光技术的发展等细节。他还会穿插一些历史性的介绍,回顾不同技术阶段的突破和演进,这不仅增加了内容的趣味性,也让我能够理解为什么某些技术会成为行业标准,以及未来的发展趋势可能在哪里。作者善于运用类比和形象的比喻来解释抽象的概念,比如将光刻的过程比作“在指甲盖大小的芯片上雕刻出原子般精密的图案”,这种生动有趣的描述,让即使是初学者也能快速抓住核心要点。
总而言之,这是一本让我受益匪浅的书。它不仅在内容上涵盖了纳米集成电路制造工艺的方方面面,而且在讲解方式上,也做到了深入浅出,图文并茂。作者的专业知识、严谨态度以及对行业的热情,都深深地感染了我。即使我不是一名专业的半导体工程师,通过阅读这本书,我也能够对这个精密而又充满魅力的领域有一个全面的了解。我能够感受到作者在编写过程中付出的巨大努力,以及他希望将最先进的知识传递给读者的愿望。这本书的出现,无疑为那些希望了解或投身于集成电路制造领域的学生、研究人员和工程师们,提供了一份宝贵且不可或缺的指南。我会将这本书列为我个人专业领域的重要参考书籍,并时不时地翻阅,以期从中获得新的启发。
书中对各种关键材料的深入剖析,给我留下了极为深刻的印象。在讨论晶圆制造时,作者详细介绍了硅单晶的生长过程,包括提纯、拉晶、切片等一系列复杂步骤。他不仅解释了不同晶向对后续工艺的影响,还探讨了晶圆表面平整度控制的重要性。更令我惊叹的是,他对不同光刻技术所使用的光刻胶材料的特性进行了详尽的阐述,包括其敏感性、分辨率、显影性能以及对特定波长光源的响应。此外,书中还涉及了金属互连材料(如铜、铝)的沉积工艺,以及栅极介质材料(如二氧化硅、高k电介质)的选择和制备。作者对于这些材料在纳米尺度下的物理和化学性质的讲解,其专业性和深度是毋庸置疑的。他会解释为什么某种材料在特定应用场景下表现更优,以及材料缺陷如何影响最终产品的性能。这种对材料科学原理的细致讲解,让我对集成电路的微观世界有了更全面的认识。
在正式翻阅正文之前,我花了些时间仔细阅读了本书的序言部分。作者在序言中坦诚地表达了编写此书的初衷,以及他对集成电路制造领域不断发展的深刻理解。他提到,随着技术的飞速进步,纳米集成电路的制造工艺正面临着前所未有的挑战和机遇,而作为一本更新迭代的第二版,其肩负的使命更是要为读者提供当前最前沿、最权威的知识。作者并没有使用过多华丽的辞藻,而是用一种平实而充满激情的语言,阐述了纳米技术在电子信息产业中的关键作用,以及掌握先进制造工艺对于国家科技实力和经济发展的重要性。他特别强调了材料科学、物理学、化学以及精密机械工程等多个学科交叉融合的重要性,这让我意识到,这本书绝非仅仅是一本单纯的技术手册,而是一部涵盖了多领域知识体系的百科全书。序言中透露出的严谨态度和对学科的热爱,让我对作者的专业素养有了初步的认知,也进一步激发了我深入探究书中奥秘的渴望。
本书在图文结合方面做得非常出色。书中大量的精美插图和示意图,不仅仅是对文字内容的补充,更是对复杂概念的直观呈现。例如,在解释多层金属互连结构时,书中提供的立体剖视图,清晰地展示了不同金属层之间如何通过通孔(vias)进行连接,以及层间介质的作用。在介绍纳米压印光刻技术时,作者配以精密的模具和压印过程的示意图,让读者能够直观地理解其工作原理。我尤其欣赏书中对晶体管结构演变的图示,从早期的平面栅极MOSFET,到后来的鳍式场效应晶体管(FinFET),再到更先进的环绕栅极(GAA)结构,每一代技术的进步都在图示中得到了生动体现。这些图表不仅帮助我理解了技术的进步,也让我对工程师们如何通过巧妙的结构设计来克服物理极限,提升器件性能有了更深刻的体会。
这本书中关于工艺控制和质量检测部分的论述,展现了作者严谨的科学态度。在纳米集成电路制造过程中,任何微小的偏差都可能导致整个芯片的失效,因此,精准的工艺控制和高效的质量检测至关重要。作者详细介绍了各种在线监测和离线检测技术,例如,在薄膜沉积过程中,会使用椭偏仪(ellipsometry)来实时监测薄膜的厚度和折射率;在光刻过程中,会使用临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)来测量光刻图形的尺寸。书中还探讨了良率(yield)的概念,以及如何通过统计过程控制(SPC)来识别和消除潜在的工艺偏差。作者在分析这些技术时,不仅仅是简单地罗列,而是深入剖析了其背后的原理、精度限制以及在实际生产中的应用场景。这让我意识到,制造出高性能的纳米集成电路,离不开背后庞大而精密的质量保障体系。
我在阅读过程中,发现书中很多章节都提供了丰富的案例分析,这对我理解理论知识与实际应用之间的联系非常有帮助。例如,在介绍先进的封装技术时,作者会以某个具体的芯片产品为例,来展示如何通过三维集成、扇出封装(fan-out packaging)等技术来提升芯片的性能和集成度。在探讨新材料的应用时,作者会引用近期在科研领域取得突破的新型半导体材料,并分析它们在集成电路制造中可能遇到的挑战和机遇。这些案例的引入,让原本枯燥的技术描述变得更加生动和具体。我能够从中了解到,书中所介绍的各种制造工艺和技术,并非是孤立存在的,而是相互关联、协同发展的。通过这些案例,我仿佛置身于一个真实的研发和生产环境中,感受到了工程师们是如何将前沿理论转化为实际产品的。
这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。它采用了简洁而现代的风格,主色调是深邃的蓝色,象征着科技的严谨与深邃。标题“纳米集成电路制造工艺(第2版)”以银白色的字体印刷,散发出一种金属质感,非常契合主题。封面上抽象化的电路图案,由无数细小的点和线构成,仿佛是将微观世界的复杂结构艺术化地呈现出来,让人在视觉上就已经对书中所探讨的纳米尺度下的精密制造产生了好奇。书的纸质也相当不错,封面略带磨砂质感,不易留下指纹,书页的印刷清晰,色彩饱和度适中,拿在手中感觉厚实而有分量,预示着这是一本内容扎实的专业书籍。翻开书页,一股淡淡的油墨香扑鼻而来,这是一种久违的、令人安心的书香,瞬间将我的思绪拉回到专注阅读的沉浸式体验中。书的整体排版也很人性化,行距、字号都经过了精心设计,即使长时间阅读也不会感到疲劳。这种注重细节的设计,充分体现了出版方对读者体验的重视,也让我对这本书的内在品质充满了期待。
作者在探讨未来发展趋势的部分,展现了他对行业前瞻性的洞察力。他并没有止步于介绍现有的主流制造工艺,而是大胆预测了下一代和更遥远的集成电路制造技术可能的发展方向。例如,在讨论超越FinFET的晶体管结构时,他详细介绍了Gate-All-Around (GAA) FET的优势,以及在材料和工艺上的挑战。此外,他还对EUV(极紫外光)光刻技术的进一步发展,如多重曝光技术(multi-patterning)的演进,以及未来可能的纳米印制技术(nanoimprint lithography)在某些领域的应用潜力进行了展望。书中还提到了量子计算、神经形态计算等新兴计算范式对集成电路制造提出的新要求,以及这些领域可能带来的技术变革。这种对未来的思考,使得这本书不仅仅是一本回顾过去、介绍现在的教材,更是一本能够启发读者思考未来发展方向的指南。
读之前:虽然读不太懂,但想发展半导体产业,必须有点知识储备。读之后:算了,实在是看不懂,除了第一章,后面读下去真心虐。
读之前:虽然读不太懂,但想发展半导体产业,必须有点知识储备。读之后:算了,实在是看不懂,除了第一章,后面读下去真心虐。
读之前:虽然读不太懂,但想发展半导体产业,必须有点知识储备。读之后:算了,实在是看不懂,除了第一章,后面读下去真心虐。
读之前:虽然读不太懂,但想发展半导体产业,必须有点知识储备。读之后:算了,实在是看不懂,除了第一章,后面读下去真心虐。
读之前:虽然读不太懂,但想发展半导体产业,必须有点知识储备。读之后:算了,实在是看不懂,除了第一章,后面读下去真心虐。