纳米集成电路制造工艺（第2版） epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

　　超大规模集成电路的生产工艺，从“微米级”到“纳米级”发生了许多根本上的变化。甚至，从45nm缩小至28nm（以及更小的线宽）也必须使用许多新的生产观念和技术。
　　张汝京先生是随着半导体产业的发展成长起来的领军人物，见证了几个技术世代的兴起与淘汰。他本人有着深厚的学术根基，以及丰富的产业经验，其带领的团队是多年来在**半导体代工厂一线工作的科研人员，掌握了业界领先的制造工艺。他们处理实际问题的经验以及从产业出发的独特技术视角，相信会给读者带来启发和帮助。

内容简介

　　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（DesignforManufacturing），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、3DNAND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。2012年成为上海市千人计划专家。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。

内页插图

目录

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�惭趸�物�舶氲继宄⌒в�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
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�驳�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
4.4.2O3�睺EOS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poly�睸i 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
13.2.2Metal��1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(V�瞨amp)和电流斜坡(J�瞨amp)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（Flip�睠hip BGA）
19.5.2堆叠式封装（Stack Multi�瞔hip 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

精彩书摘

　　第3章CMOS逻辑电路及
　　存储器制造流程
　　CMOS逻辑电路的制造技术是超大规模集成电路(VLSI)半导体工业的基础。在3.1节将会描述现代CMOS逻辑制造流程，用以制造NMOS和PMOS晶体管。现今，典型的CMOS制造工艺会添加一些额外的流程模块来实现多器件阈值电压(Vt)，例如不同栅氧厚度的IO晶体管、高压晶体管、用于DRAM的电容、用于闪存(flash memory)的浮栅和用于混合信号应用的电感等。在3.2节，将会简要地介绍不同的存储器技术(DRAM、e DRAM、FeRAM、PCRAM、RRAM、MRAM)和它们的制造流程。
　　制造流程、晶体管性能、成品率和最终电路/产品性能之间有很强的关联性，因此，CMOS和存储器制造流程的知识不仅对加工工程师和器件工程师十分必要，对电路设计和产品工程师也同样重要。
　　3.1逻辑技术及工艺流程
　　3.1.1引言
　　本节将介绍CMOS超大规模集成电路制造工艺流程的基础知识，重点将放在工艺流程的概要和不同工艺步骤对器件及电路性能的影响上。图3.1显示了一个典型的现代CMOS逻辑芯片(以65nm节点为例)的结构，包括CMOS晶体管和多层互联［1］。典型的衬底是P型硅或绝缘体上硅(SOI)，直径为200mm(8″)或300mm(12″)。局部放大图显示出了CMOS晶体管的多晶硅和硅化物栅层叠等细节，由多层铜互连，最上面两层金属较厚，通常被用于制造无源器件(电感或电容)，顶层的铝层用于制造封装用的键合焊盘。
　　图3.1现代CMOS逻辑芯片结构示意图
　　现代CMOS晶体管的主要特征如图3.2所示。在90nm CMOS节点上［2］，CMOS 晶体管的特征包括钴 多晶硅化物或镍 多晶硅化物多晶栅层叠、氮化硅栅介质、多层(ONO)隔离、浅源/漏(SD)扩展结和镍硅化物SD深结。内部核心逻辑电路的晶体管典型操作电压(1~1.3V)，其沟道长度更短(50~70nm)，栅介质更薄(25~30�@)，SD扩展结更浅(200~300�@)。IO电路的晶体管(即是连接芯片外围电路的接口)的典型操作电压是1.8V、2.5V或3.3V，相应的其沟道更长(100~200nm)，栅介质更厚(40~70�@)，SD扩展结更深(300~500�@)。核心逻辑电路较小的操作电压是为了最大限度减小操作功耗。在65nm及45nm CMOS节点，另一个特点是采用了沟道工程［3，4］，通过沿晶体管沟道方向施加应力来增强迁移率(例如张应力对NMOS中电子的作用和压应力对PMOS中空穴的作用)。未来CMOS在32nm及以下的节点还会有新的特点，例如新的高k介质和金属栅层叠［5，6］，SiGe SD (对于PMOS)，双应变底板，非平面沟道(FinFET)等。
　　现代CMOS逻辑工艺流程的顺序如图3.3所示，工艺参数对应于90nm节点。CMOS逻辑超大规模集成电路的制造通常是在P型硅或绝缘体上硅(SOI)上，直径为200mm(8″)或300mm(12″)。工艺首先形成浅槽隔离(STI)，然后形成n 阱区域(对于PMOS晶体管)和p 阱区域(对于NMOS晶体管)并分别对阱区域进行选择性注入掺杂。然后为NMOS和PMOS晶体管生长栅氧，接下来形成多晶栅层叠。多晶栅层叠图形化以后形成再氧化，补偿和主隔离结构，接着完成NMOS和PMOS的LDD和源/漏注入掺杂。在这之后，沉积一层介质层，通过图形化，刻蚀和钨塞(W plug)填充形成接触孔。至此，NMOS和PMOS晶体管已经形成了，这些工艺步骤通常被称为前端制程(FEOL)。然后通过单镶嵌技术形成第一层铜(M1)，其他的互连通过双镶嵌技术实现。后端制程(BEOL)通过重复双镶嵌技术实现多层互连。
　　图3.3中，步骤(a)~步骤(h)用于实现CMOS晶体管，称为前端制程(FEOL)； 步骤(i)~步骤(j)用于重复制造多层互联，

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