王阳元院士为《硅基集成芯片制造工艺原理》一书作序

本期导读

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序言

前言

第1章  集成电路芯片制造技术演进及规律

1.1  晶体管和集成电路的发明

1.1.1  晶体管的发明

1.1.2  集成电路的发明

1.1.3  MOS集成器件技术基础的建立

1.2  集成芯片制造技术的快速演进

1.2.1  平面集成工艺趋于成熟

1.2.2  大规模集成基础工艺及产品开发

1.2.3  VLSI集成工艺技术与产品发展

1.2.4  ULSI集成芯片技术演进

1.2.5  SLSI集成与SOC芯片技术发展

1.2.6  纳米CMOS与三维集成技术演进

1.3  集成电路技术进步的基本规律

1.3.1  器件微小型化规律——按比例缩微原理

1.3.2  集成器件指数增长规律——摩尔定律

1.4  微细加工工艺——集成电路技术进步途径

1.4.1  物质科学成果——微细加工工艺技术的基础

1.4.2  能束技术——微细加工工艺的核心技术

1.4.3  微细加工工艺进步依赖多种新材料研发

1.4.4  自对准器件结构和工艺——形成微结构的重要途径

1.4.5  集成芯片制造——多种现代科学技术的有机结合

1.5  硅与硅基薄膜——集成电路芯片技术快速发展的材料基础

1.5.1  硅——多种优良物理、化学性质的独特结合体

1.5.2  硅的优异可加工性

1.5.3  难得的硅基薄膜材料体系

1.5.4  自然智能元素与人工智能元素

1.6  科研/产业结合与创新——集成电路技术发展的源泉

1.6.1  研究、开发、生产、应用四要素结合

1.6.2  促进科研与产业密切结合的半导体技术路线图

1.6.3  材料、结构、工艺创新推动纳米CMOS技术与产业新发展

1.6.4  半导体技术的多向扩展与异质集成

思考题

参考文献

第2章  半导体材料的基本性能

2.1  固体材料的导电性能与能带

2.1.1  原子结构与价电子

2.1.2  从能级到能带

2.1.3  导体、半导体和绝缘体的能带区别

2.2  半导体的晶体结构

2.2.1  金刚石结构与闪锌矿结构

2.2.2  晶体的晶向与晶面

2.3  半导体的能带结构

2.3.1  硅、锗和砷化镓的能带与波矢

2.3.2  电子和空穴的有效质量

2.4  半导体的杂质和缺陷

2.4.1  杂质类型

2.4.2  施主和受主的杂质能级及电离能

2.4.3  半导体导电类型

2.4.4  半导体中的缺陷

2.5  半导体中的载流子

2.5.1  载流子的玻尔兹曼统计分布规律

2.5.2  本征载流子浓度及其随温度变化

2.5.3  杂质半导体载流子浓度及其随温度变化

2.5.4  简并半导体载流子的费米统计分布规律

2.6  载流子散射与迁移率

2.6.1  载流子散射机制

2.6.2  载流子散射弛豫时间与迁移率

2.6.3  杂质散射和晶格散射

2.6.4  载流子迁移率与杂质浓度及温度的依赖关系

2.7  载流子的漂移运动和扩散运动

2.7.1  载流子漂移运动

2.7.2  载流子扩散运动

2.7.3  迁移率和扩散系数的爱因斯坦关系

2.8  非平衡载流子产生、复合与寿命

2.8.1  非平衡载流子注入

2.8.2  非平衡载流子复合寿命

2.8.3  非平衡载流子复合机制

2.8.4  非平衡载流子的统计分布

思考题

参考文献

第3章  集成电路基础器件

3.1  界面效应——各种半导体器件的物理基础

3.2  金属半导体接触、界面与肖特基势垒

3.2.1  金属的电子功函数

3.2.2  半导体的电子功函数与亲合能

3.2.3  金属/半导体接触电势差与肖特基势垒

3.2.4  半导体表面与界面

3.2.5  金属/半导体肖特基接触的单向导电特性

3.2.6  肖特基接触器件的应用

3.3  半导体pn结界面

3.3.1  pn结空间电荷区

3.3.2  pn结界面电势差

3.3.3  载流子分布与注入

3.3.4  pn结的单向导电特性

3.3.5  pn结的电容效应

3.3.6  异质pn结

3.4  介质/半导体界面

3.4.1  半导体表面状态

3.4.2  表面势

3.4.3  MIS结构的电容-电压特性

3.4.4  SiO2/Si界面体系中的电荷与陷阱能级

3.5  双极型晶体管

3.5.1  npn和pnp晶体管

3.5.2  双极晶体管的基本工作原理和性能

3.6  MOS晶体管

3.6.1  MOS晶体管工作原理

3.6.2  MOS晶体管类型

3.6.3  MOS晶体管的阈值电压

3.6.4  MOS器件跨导和短沟道特性

3.6.5  亚阈值特性

3.6.6  CMOS器件

3.7  存储器件

3.7.1  DRAM存储器原理与演进

3.7.2  DRAM存储电容结构

3.7.3  DRAM中的高k介质电容增值技术

3.7.4  DRAM中的存取晶体管

3.7.5  非挥发性存储原理

3.7.6  快闪存储器

3.8  集成电路中的无源元件

3.8.1  扩散电阻和薄膜电阻

3.8.2  集成电容

3.8.3  集成电感

思考题

参考文献

第4章  集成芯片制造基本技术

4.1  半导体掺杂和pn结形成工艺变迁

4.1.1  晶体生长掺杂

4.1.2  合金pn结晶体管工艺

4.1.3  扩散掺杂工艺

4.2  集成电路芯片制造工艺技术演变

4.2.1  平面工艺技术的发明

4.2.2  工艺技术进步与集成电路类型演变

4.2.3  历史上先后发展的LSI/VLSI芯片工艺

4.3  CMOS——现代微电子器件工艺核心技术

4.4  集成芯片制造的主要材料和基本工艺

4.4.1  硅晶体材料

4.4.2  选择掺杂工艺

4.4.3  二氧化硅及其他介质薄膜材料和工艺

4.4.4  精密图形光刻工艺

4.4.5  精密结构刻蚀工艺

4.4.6  器件隔离工艺

4.4.7  器件接触与金属硅化物工艺

4.4.8  多层金属互连工艺

4.5  集成芯片制造流程

4.5.1  前端工艺循环与后端工艺循环

4.5.2  图形工艺与薄膜/薄层工艺模块的紧密结合

思考题

参考文献

第5章  CMOS集成芯片基本工艺

5.1  CMOS器件衬底材料选择和阱工艺

5.1.1  MOS器件衬底

5.1.2  CMOS器件中的阱工艺

5.2  CMOS器件隔离技术

5.2.1  MOS器件隔离与场氧化层

5.2.2  硅局部氧化隔离工艺

5.2.3  改进型LOCOS工艺

5.2.4  浅槽隔离工艺

5.3  自对准多晶硅栅MOS晶体管制造技术

5.3.1  MOS晶体管源漏栅自对准结构及自对准工艺原理

5.3.2  MOS晶体管的栅介质/栅电极叠层结构

5.3.3  源漏区掺杂

5.3.4  优化CMOS器件性能的纵向与横向自对准掺杂工艺

5.4  CMOS集成芯片中的金属硅化物栅和接触工艺

5.4.1  CMOS器件为什么需要金属硅化物

5.4.2  金属硅化物/多晶硅复合栅结构和工艺

5.4.3  自对准金属硅化物栅级互连和源漏接触工艺

5.5  CMOS集成芯片的闩锁效应及其抑制方法

5.5.1  CMOS芯片中的寄生双极型器件

5.5.2  CMOS芯片闩锁效应触发机制

5.5.3  抑制闩锁效应的工艺途径

5.6  局部氧化隔离CMOS芯片典型工艺流程

5.6.1  局部氧化技术形成有源区

5.6.2  双阱形成

5.6.3  晶体管阈值电压调整注入

5.6.4  晶体管栅结构形成

5.6.5  源漏掺杂区形成

5.6.6  自对准金属硅化物源漏栅接触电极及局部互连

5.6.7  多层金属互连工艺

5.7  浅槽隔离深亚微米CMOS芯片典型工艺流程

5.7.1  浅槽隔离界定有源区

5.7.2  杂质倒向分布阱区及表面层离子注入掺杂

5.7.3  超薄栅介质生长和多晶硅栅结构形成

5.7.4  自对准超浅结源漏及多晶硅栅掺杂

5.7.5  自对准金属硅化物接触形成

5.7.6  接触孔垂直连接钨镶嵌

5.7.7  双镶嵌铜多层互连

思考题

参考文献

第6章  双极型和BiCMOS集成芯片基本工艺技术

6.1  双极型集成芯片结构及工艺

6.1.1  双极型集成芯片结构特点

6.1.2  pn结隔离双极型集成芯片工艺

6.1.3  氧化物隔离双极型集成芯片典型工艺流程

6.2  双极型集成芯片制造基本工艺

6.2.1  硅片衬底选择、埋层形成、外延层生长与隔离工艺

6.2.2  本征基区与非本征基区

6.2.3  发射区掺杂工艺

6.2.4  接触与互连工艺

6.2.5  双极型集成芯片中的肖特基接触器件

6.2.6  双极型集成芯片的缩微演变

6.3  多晶硅发射极与自对准双极工艺

6.3.1  多晶硅发射极

6.3.2  自对准单层多晶硅发射区工艺

6.3.3  自对准双层多晶硅双极型芯片工艺

6.4  SiGe/Si异质结双极型器件工艺

6.4.1  为什么需要异质结器件

6.4.2  SiGe/Si异质结器件的特点

6.4.3  SiGe/Si异质器件制造工艺

6.5  BiCMOS集成芯片制造工艺

6.5.1  双极型与CMOS互补技术

6.5.2  BiCMOS集成芯片工艺特点

思考题

参考文献

第7章  集成芯片器件缩微原理及其实现

7.1  MOS器件等电场按比例缩微原理

7.1.1  MOS器件等电场按比例缩微规则

7.1.2  MOS晶体管阈值电压的可变性

7.1.3  缩微为什么需要提高衬底掺杂浓度

7.2  MOS器件变电场缩微原理

7.3  单元器件缩微的实际演进与选择

7.3.1  电源电压和电场强度的实际演变

7.3.2  集成芯片的多种应用与选择

7.3.3  高性能优先CMOS芯片技术

7.3.4  低静态功耗集成芯片技术

7.3.5  低运行功耗集成芯片技术

7.4  纳米CMOS等效缩微技术

7.4.1  纳米CMOS缩微技术难题

7.4.2  器件结构与材料创新主导的等效缩微技术

7.5  器件缩微与半导体技术路线图

7.5.1  线条半线距与栅电极长度缩微

7.5.2  传统ITRS和2.0版ITRS

7.5.3  半导体技术发展与ITRS的独特之处

7.6  CMOS器件缩微极限与跨越

7.6.1  基本物理规律设定的限制

7.6.2  从多晶硅/SiO2到金属/高k栅结构

7.6.3  功耗危机与缓解途径

7.6.4  互连难题与解决途径

7.7  三维集成和异质结构集成技术发展

7.7.1  平行式与顺序式三维集成结构

7.7.2  异质三维多功能集成工艺

7.7.3  二维纳米器件晶体新材料

7.7.4  硅基异质混合沟道立体集成器件

思考题

参考文献

第8章  纳米CMOS集成芯片工艺技术

8.1  纳米CMOS技术发展新特点

8.2  载流子迁移率增强技术

8.2.1  沟道载流子迁移率退化效应

8.2.2  晶格应变载流子迁移率增强效应

8.2.3  Si/Si（1-x）Gex/Si异质外延形成双轴张应变

8.2.4  双轴张应变硅导带变化与迁移率增强效应

8.2.5  局部应变载流子迁移率增强技术

8.2.6  SiGe源漏区PMOS压应变沟道工艺及原理

8.2.7  SiC源漏区NMOS张应变沟道工艺

8.2.8  应力薄膜覆盖MOS晶体管应变沟道技术

8.3  CMOS器件的晶面与晶向选择

8.3.1  Si（100）晶面衬底上的MOS晶体管沟道晶向

8.3.2  载流子迁移率的晶面及晶向依赖关系

8.3.3  （100）/（110）复合晶面硅片制备

8.3.4  （100）/（110）复合晶面CMOS器件制造工艺

8.3.5  全（110）晶面衬底CMOS技术

8.4  高k介质和金属栅集成技术

8.4.1  高介电常数栅介质

8.4.2  需要金属栅电极代替多晶硅的原因

8.4.3  栅电极金属材料选择

8.4.4  双金属栅电极形成方法

8.4.5  后栅电极纳米CMOS工艺流程

8.4.6  前栅纳米CMOS工艺

8.5  三维多栅纳米晶体管的独特性能

8.5.1  多栅晶体管的结构特点

8.5.2  硅体全耗尽与短沟道效应抑制

8.5.3  超薄硅体中的反型层载流子

8.5.4  多栅晶体管性能改善

8.5.5  晶体管结构“量子化”

8.6  立体多栅晶体管纳米CMOS集成芯片关键工艺

8.6.1  多栅纳米集成芯片的硅片选择

8.6.2  n/p沟MOS器件阱区形成

8.6.3  三维晶体管超薄硅体形成

8.6.4  浅沟槽介质隔离

8.6.5  多栅立体晶体管结构界定

8.6.6  立体晶体管源漏区工艺

8.6.7  高k介质与金属栅电极置换形成工艺

8.6.8  多栅器件集成芯片的接触与互连工艺

8.7  纳米CMOS技术的新演进

8.7.1  立体栅晶体管结构变化与缩微

8.7.2  SiGe p-FinFET立体栅器件技术

8.7.3  硅基锗沟道MOS器件技术

8.7.4  In0.53Ga0.47As n-FinFET器件技术

8.7.5  全耗尽SOI纳米CMOS技术

8.7.6  负电容晶体管纳米CMOS技术

思考题

参考文献

第9章  硅单晶和硅基晶片制备

9.1  从天然石英砂到纯硅材料

9.1.1  由石英砂冶炼得到冶金级硅

9.1.2  硅化学提纯和化学气相淀积制备高纯硅

9.2  硅单晶生长

9.2.1  Czochralski法直拉硅单晶

9.2.2  无位错硅单晶拉制工艺

9.2.3  磁场辅助直拉硅单晶技术

9.2.4  直拉单晶中的氧

9.2.5  区熔法制备高纯低氧硅单晶

9.3  硅单晶圆片制备

9.3.1  硅片质量要求演变

9.3.2  晶锭整形和硅片晶向标识

9.3.3  硅晶锭切片

9.3.4  磨片与倒角

9.3.5  化学腐蚀

9.3.6  化学机械抛光

9.3.7  硅片清洗与质量检测

9.4  硅晶体薄膜外延生长

9.4.1  外延硅片的广泛应用与多种外延技术发展

9.4.2  硅化学气相外延生长系统

9.4.3  硅外延生长的化合物源和化学反应

9.4.4  硅外延生长速率

9.4.5  硅外延生长机理

9.4.6  减压和超高真空硅外延

9.4.7  分子束外延

9.4.8  选择外延

9.5  异质晶体外延

9.5.1  异质外延原理

9.5.2  应变晶格薄膜异质外延

9.5.3  渐变晶格弛豫薄膜异质外延

9.6  绝缘物上硅薄膜晶片

9.6.1  从SOS到SOI

9.6.2  SOI硅片多种制备方法

9.6.3  离子注入埋层氧化硅SOI技术

9.7  硅片键合、智能剥离与薄膜转移SOI技术

9.7.1  键合与回刻SOI技术

9.7.2  硅片键合原理

9.7.3  智能剥离SOI技术

9.7.4  智能剥离原理

思考题

参考文献

第10章  SiO2和高k介质薄膜

10.1  SiO2的结构

10.1.1  硅氧四面体单元及其结合

10.1.2  非晶态SiO2薄膜

10.1.3  SiO2中的杂质

10.2  SiO2的基本物理化学性质

10.2.1  SiO2光学特性

10.2.2  SiO2化学特性

10.2.3  SiO2介质电学特性

10.2.4  SiO2杂质扩散掩蔽特性

10.3  SiO2时变介质击穿特性

10.3.1  电场驱动机制

10.3.2  电流驱动机制

10.4  热氧化SiO2生长机制

10.4.1  扩散粒子及生长界面

10.4.2  干氧氧化反应路径与微观机制

10.4.3  水气氧化中的Si—O键形成反应

10.4.4  SiO2生长耗硅量、体积膨胀及应力产生

10.5  硅热氧化动力学DealGrove模型

10.5.1  氧化剂气相输运

10.5.2  氧化剂固相扩散

10.5.3  SiO2/Si界面反应

10.5.4  稳态热氧化参数方程

10.5.5  SiO2的线性与抛物线型生长规律

10.6  氧化速率对温度、氧化剂、晶向和气压的依赖关系

10.6.1  热氧化速率的温度依赖关系

10.6.2  干氧氧化、水气氧化与快速热氧化

10.6.3  氧化速率与氧化剂气压的依赖关系

10.6.4  不同硅晶面的氧化速率变化

10.6.5  多晶硅薄膜的热氧化

10.7  氧化速率的杂质效应

10.7.1  氧化气氛中的痕量杂质影响及防范

10.7.2  掺氯吸杂氧化工艺

10.7.3  氧化界面杂质分凝效应

10.7.4  杂质增强氧化效应

10.8  SiO2/Si界面和氧化层中的缺陷与电荷

10.8.1  SiO2/Si界面结构

10.8.2  界面陷阱

10.8.3  固定正电荷

10.8.4  氧化层陷阱

10.8.5  可动离子

10.9  SiON栅介质

10.9.1  SiON的物理性质

10.9.2  SiON对硼的抗穿透作用

10.9.3  热氮化生长SiON

10.9.4  SiO2等离子体氮化

10.10  高k介质

10.10.1  高k材料的等效SiO2栅介质厚度

10.10.2  高k介质材料基本特性

10.10.3  高k介质材料热稳定性

10.10.4  高k介质与金属叠层栅结构

10.10.5  高k栅介质制备方法

思考题

参考文献

第11章  精密图形光刻技术

11.1  光刻工艺基本原理与流程

11.1.1  硅片表面处理

11.1.2  光刻胶涂布与前烘烤

11.1.3  掩模对准与胶膜曝光

11.1.4  后烘烤与显影

11.1.5  坚膜、刻蚀与去胶

11.2  光学曝光光刻系统演进

11.2.1  接触式与接近式全片光刻

11.2.2  反射式投影扫描光刻系统

11.2.3  步进式投影光刻系统

11.2.4  步进扫描式投影光刻系统

11.3  光刻掩模技术发展

11.3.1  图形发生器制版

11.3.2  电子束/激光束直写技术

11.3.3  掩模版检测、修复与保护膜

11.4  光刻技术的光学基础原理

11.4.1  光波传播与衍射

11.4.2  投影光学系统的夫琅和费衍射

11.4.3  投影成像分辨率

11.4.4  决定光刻工艺分辨率的3个因素

11.4.5  投影光刻系统焦深

11.4.6  投影光刻系统空间图像对比度

11.5  光刻系统的光源与波长

11.5.1  高压汞灯及其发射光谱

11.5.2  深紫外准分子激光光源

11.6  光刻胶

11.6.1  光刻胶的基本组分与分类

11.6.2  紫外正型光刻胶

11.6.3  深紫外化学放大正型光刻胶

11.6.4  光刻胶对比度与图像质量

11.7  光刻分辨率增强技术

11.7.1  相移掩模技术

11.7.2  光学邻近效应校正技术

11.7.3  偏轴照明技术

11.8  高折射率液媒光刻技术

11.8.1  液媒光刻基本原理与优越性

11.8.2  水媒光刻装置及工艺特点

11.8.3  光波偏振对曝光图像对比度影响

11.8.4  双重和多重图形工艺

11.8.5  自对准双重图形工艺

11.9  极紫外光刻技术

11.9.1  从软X射线光刻到极紫外光刻

11.9.2  极紫外光刻基本原理

11.9.3  极紫外光刻光源

11.9.4  多层膜极紫外反射镜与光刻掩模

11.10  电子束和其他光刻新技术

11.10.1  电子束直写技术

11.10.2  并行模式电子束光刻

11.10.3  纳米压印光刻技术

11.10.4  定向自组装图形技术

思考题

参考文献

第12章  杂质扩散

12.1  杂质扩散的微观模式

12.1.1  晶格缺陷与杂质原子迁移

12.1.2  间隙式杂质原子扩散

12.1.3  替位杂质原子的空位式扩散

12.1.4  自间隙原子辅助的推填式扩散

12.2  本征扩散系数与扩散方程

12.2.1  扩散系数的简化模型

12.2.2  费克定律与扩散方程

12.2.3  不同杂质的本征扩散系数

12.3  扩散方程解与杂质分布

12.3.1  恒定杂质总量扩散

12.3.2  恒定杂质表面浓度扩散

12.3.3  特征扩散长度、扩散结深与薄层电阻

12.4  高浓度杂质非本征扩散

12.4.1  电场增强扩散效应

12.4.2  扩散速率的浓度依赖效应

12.4.3  多电荷态空位-杂质相互作用决定的扩散系数

12.4.4  硅中常用杂质扩散系数的浓度及温度依赖关系

12.5  工艺相关非平衡扩散效应

12.5.1  氧化和氮化的增强与阻滞扩散效应

12.5.2  发射区推进效应及其机制

12.5.3  离子注入退火的瞬态增强扩散效应

12.6  杂质-缺陷相互作用与扩散微观机制

12.6.1  杂质与缺陷相互作用与反应

12.6.2  自间隙原子缺陷与推填扩散机制

12.6.3  扩散的两种点缺陷机制比例及测定方法

12.6.4  硼、磷、砷、锑、硅的扩散机制对比

12.7  杂质扩散工艺

12.7.1  杂质选择与掺杂固溶度

12.7.2  扩散工艺设备

12.7.3  杂质扩散源

12.7.4  非传统扩散掺杂技术

12.7.5  应用缺陷工程的浅结工艺

思考题

参考文献

第13章  离子注入与快速退火

13.1  离子注入技术基本原理

13.1.1  离子束的3种主要效应

13.1.2  离子注入技术特点与优越性

13.2  离子注入系统简介

13.2.1  离子源与离子束引出装置

13.2.2  磁场质量分析器

13.2.3  离子加速/减速与扫描系统

13.2.4  注入靶室与注入剂量测试

13.2.5  等离子体注入掺杂技术

13.3  离子注入的物理机制

13.3.1  入射离子和基体原子之间的相互作用

13.3.2  入射离子受到的核阻滞

13.3.3  入射离子受到的电子阻滞

13.4  离子注入射程和分布

13.4.1  离子注入射程与投影射程

13.4.2  注入原子浓度分布

13.4.3  注入离子横向扩展

13.4.4  晶体靶离子注入沟道效应

13.5  离子注入损伤

13.5.1  注入损伤机制

13.5.2  注入损伤与缺陷分布

13.5.3  离子注入非晶化

13.6  损伤退火与杂质激活

13.6.1  中低剂量离子注入的损伤退火

13.6.2  高剂量注入非晶化与固相外延

13.7  离子注入退火的瞬态增强扩散效应及其机制

13.7.1  杂质瞬态增强扩散现象与特点

13.7.2  注入自间隙原子辅助增强扩散

13.7.3  注入自间隙原子与缺陷团

13.7.4  “+1”与“+n”非平衡自间隙原子数量模型

13.7.5  注入非平衡自间隙原子的变化规律

13.7.6  瞬态增强扩散比值与持续时间随退火温度的变化

13.8  快速退火工艺

13.8.1  快速热工艺装置基本结构与特点

13.8.2  快速热工艺基础原理

13.8.3  快速热退火技术演变

13.8.4  闪光毫秒退火技术

13.9  激光退火技术

13.9.1  非熔化激光退火工艺

13.9.2  熔化与再结晶激光退火工艺

13.10  微波退火技术

思考题

参考文献

第14章  集成芯片制造工艺中的真空技术

14.1  气体分子运动和气压

14.1.1  气态方程

14.1.2  气压与气体分子运动

14.1.3  气体分子运动速率分布

14.1.4  气流类型与流速

14.2  固体表面吸附和脱附

14.2.1  物理吸附和化学吸附

14.2.2  吸附速率

14.2.3  脱附与超高真空

14.3  真空获得原理和真空泵

14.3.1  真空泵性能和排气方程

14.3.2  机械真空泵

14.3.3  扩散泵

14.3.4  涡轮分子泵

14.3.5  分子筛吸附泵

14.3.6  钛升华泵

14.3.7  溅射离子泵

14.3.8  低温冷凝泵

14.4  真空测量

14.4.1  皮拉尼规和热电偶真空规

14.4.2  潘宁规

14.4.3  分压强测量质谱仪

思考题

参考文献

第15章  集成芯片制造工艺中的等离子体技术

15.1  等离子体及其技术应用概述

15.1.1  等离子体物质状态

15.1.2  等离子体从科学到技术

15.1.3  低温等离子体加工技术的广泛应用

15.1.4  高密度等离子体技术的快速发展

15.2  气体放电等离子体

15.2.1  气体放电特性

15.2.2  等离子体形成原理

15.2.3  气体放电电压与气压

15.3  等离子体独特性能

15.3.1  直流气体放电电势分布与电流

15.3.2  等离子体中的电子、离子与原子

15.3.3  等离子体正电位与离子鞘形成

15.3.4  等离子体屏蔽效应及德拜长度

15.3.5  等离子体振荡

15.4  交流放电等离子体

15.4.1  直流气体放电等离子体的局限性

15.4.2  射频气体放电等离子体

15.4.3  交变电源气体放电形成的自偏置电势

15.4.4  射频放电电路匹配网络

15.5  等离子体的离子鞘特性

15.5.1  等离子体的玻姆鞘层稳定性判据

15.5.2  电极界面鞘层电势降落与其面积关系

15.5.3  等离子体的鞘层宽度

15.6  高密度等离子体技术

15.6.1  高密度等离子体系统主要特点

15.6.2  等离子体与磁场

15.6.3  电感耦合等离子体技术

15.6.4  电子回旋共振微波高密度等离子体技术

思考题

参考文献

第16章  薄膜与物理气相淀积技术

16.1  薄膜生长与淀积概述

16.1.1  薄膜性能特点

16.1.2  薄膜制备基本方法

16.1.3  气相淀积薄膜生长机制与模式

16.1.4  物理气相淀积薄膜的微结构

16.2  溅射薄膜工艺基本原理

16.2.1  溅射从效应发现到薄膜淀积技术

16.2.2  离子溅射原理与装置

16.2.3  离子/固体相互作用与溅射阈值能

16.3  离子溅射产额与原子能量分布

16.3.1  溅射产额与离子能量、质量及入射角的关系

16.3.2  溅射产额与靶材的关系

16.3.3  溅射原子的能量与方向分布

16.3.4  溅射原子的输运模式

16.4  磁控溅射技术

16.4.1  溅射技术的演变

16.4.2  磁场增强溅射原理

16.4.3  磁控器结构

16.4.4  反应溅射化合物薄膜

16.5  定向溅射淀积技术

16.5.1  长程投射溅射

16.5.2  准直溅射

16.5.3  离化金属等离子体溅射

16.6  溅射相关设备与材料

16.6.1  集群式溅射设备

16.6.2  溅射工艺的本底真空与氩气体纯度要求

16.6.3  硅片静电吸附基座

16.6.4  溅射靶

16.7  真空蒸发镀膜技术

16.7.1  真空蒸镀基本原理

16.7.2  电阻加热与感应加热真空蒸镀技术

16.7.3  电子束真空蒸镀技术

16.7.4  激光束蒸发与烧蚀镀膜技术

思考题

参考文献

第17章  化学气相淀积与原子层淀积薄膜技术

17.1  化学气相淀积技术原理与类型

17.1.1  CVD薄膜工艺基本原理与特点

17.1.2  CVD技术的主要因素和分类

17.2  化学气相淀积的动力学机制

17.2.1  CVD主要物理化学过程和薄膜性能要求

17.2.2  表面反应与气相反应

17.2.3  CVD薄膜淀积的动力学方程

17.2.4  CVD薄膜生长的两种基本模式

17.3  等离子体增强化学气相淀积技术

17.3.1  PECVD技术原理和特点

17.3.2  PECVD薄膜淀积系统

17.3.3  高密度等离子体化学气相淀积技术

17.4  SiO2薄膜CVD工艺

17.4.1  CVD-SiO2薄膜工艺及应用的多样性

17.4.2  CVD-SiO2薄膜基本特性

17.4.3  CVD-SiO2薄膜工艺温度和压强

17.4.4  CVD-SiO2工艺的前体化合物与化学反应

17.4.5  CVD-SiO2薄膜掺杂

17.5  CVD氮化硅和氮氧化硅薄膜

17.5.1  Si3N4的独特性质

17.5.2  Si3N4的CVD淀积方法

17.5.3  CVD氮氧化硅薄膜

17.6  多晶硅薄膜的化学气相淀积

17.6.1  LPCVD多晶硅薄膜淀积工艺

17.6.2  多晶硅薄膜掺杂

17.6.3  多晶硅薄膜晶体结构和电学性能

17.7  导体薄膜的化学气相淀积

17.7.1  钨的化学气相淀积

17.7.2  硅化钨化学气相淀积

17.7.3  钛和TiN的化学气相淀积

17.8  原子层淀积技术

17.8.1  原子层淀积技术的发明与发展

17.8.2  原子层淀积技术原理

17.8.3  原子层淀积装置特点与周期操作模式

17.8.4  原子层淀积与表面状态

17.8.5  原子层淀积化学反应剂

17.8.6  原子层淀积工艺温度选择

17.8.7  等离子体增强原子层淀积

思考题

参考文献

第18章  刻蚀工艺

18.1  刻蚀工艺的主要性能要求

18.2  湿法腐蚀

18.2.1  SiO2湿法腐蚀

18.2.2  Si3N4湿法腐蚀

18.2.3  硅的湿法腐蚀

18.3  等离子体刻蚀系统

18.3.1  电容耦合等离子体系统与刻蚀模式

18.3.2  双频电容耦合等离子体刻蚀

18.3.3  电感耦合高密度等离子体刻蚀

18.3.4  电子回旋共振微波等离子体刻蚀

18.3.5  溅射刻蚀与离子束刻蚀

18.3.6  中性束刻蚀

18.4  等离子体刻蚀机理

18.4.1  等离子体中的刻蚀物质

18.4.2  等离子体表面化学反应刻蚀

18.4.3  反应离子刻蚀机制

18.4.4  定向性刻蚀机制

18.4.5  高密度等离子体刻蚀

18.5  不同材料的等离子体刻蚀

18.5.1  硅的等离子体刻蚀

18.5.2  SiO2与Si3N4的等离子体刻蚀

18.5.3  铝等金属的等离子体刻蚀

18.5.4  氧等离子体光刻胶灰化工艺

18.6  等离子体刻蚀损伤与负载效应等因素

18.6.1  刻蚀的负载效应与尺寸效应

18.6.2  不同刻蚀剖面及其原因

18.6.3  等离子体刻蚀损伤

18.6.4  等离子体刻蚀的安全与环保影响

思考题

参考文献

第19章  金属硅化物与集成芯片接触工艺

19.1  金属硅化物薄膜制备基本方法

19.1.1  物理和化学气相淀积硅化物薄膜

19.1.2  固相反应金属硅化物薄膜

19.2  金属/半导体接触电阻

19.2.1  MOS晶体管的串联电阻与接触电阻

19.2.2  金-半接触电阻率

19.2.3  硅化物/硅接触界面势垒

19.3  从铝接触到金属硅化物接触

19.3.1  Al/Si直接接触的优势与弊病

19.3.2  铝尖刺效应及其机制

19.3.3  克肯达耳效应与电迁移效应的影响

19.3.4  Al-Si合金薄膜与多层结构接触工艺

19.3.5  定域固相反应硅化物/硅界面接触工艺

19.4  金属硅化物薄膜特性

19.4.1  金属硅化物种类

19.4.2  金属硅化物晶体结构

19.4.3  金属硅化物的导电特性

19.4.4  金属硅化物的力学和化学特性

19.5  金属硅化物器件结构及基本工艺

19.5.1  金属硅化物器件结构及工艺演变

19.5.2  硅化物/多晶硅复合栅

19.5.3  自对准硅化物结构与工艺要求

19.6  TiSi2自对准硅化物工艺

19.6.1  为什么需要两步退火工艺

19.6.2  低电阻TiSi2晶相形成的尺寸效应及其原因

19.6.3  促进C49/C54晶相转化的方法

19.7  CoSi2自对准硅化物工艺

19.7.1  Co/Si反应薄膜晶相与电阻的温度变化规律

19.7.2  CoSi2器件工艺的弱点与难点

19.7.3  CoSi2器件工艺的优化途径

19.7.4  CoSi2/Si异质固相外延

19.8  NiSi自对准硅化物工艺

19.8.1  纳米CMOS技术中NiSi接触工艺的优越性

19.8.2  Ni/Si反应形成NiSi过程与两步退火工艺

19.8.3  用于NiSi等工艺的真空化学表面处理技术

19.8.4  提高NiSi薄膜稳定性的途径

19.8.5  NiSi/Si接触器件中的镍侵入缺陷

19.8.6  激光退火优化NiSi接触特性与超薄膜稳定性

19.9  立体多栅集成芯片中硅化物工艺新演变

19.9.1  超微器件的超低电阻接触需求与途径

19.9.2  新型TiSix/Si超低电阻接触工艺

19.9.3  与钨连接工艺相集成的钛硅化物接触技术

思考题

参考文献

第20章  多层金属互连技术

20.1  互连技术演进与互连延时

20.2  铝刻蚀互连工艺

20.3  铜镶嵌互连工艺

20.4  铜扩散阻挡层与籽晶层

20.4.1  扩散阻挡层材料性能要求

20.4.2  Ta/TaN双层结构阻挡层

20.4.3  新型扩散阻挡层材料和工艺

20.4.4  铜籽晶层

20.4.5  顶覆盖层

20.5  低k介质

20.5.1  降低材料介电常数的物理机制

20.5.2  FSG与CDO低k介质

20.5.3  SOG有机聚合物低k介质

20.5.4  多孔低k介质

20.5.5  空气隙介质

20.6  铜互连工艺中的电镀

20.6.1  电镀基本原理

20.6.2  铜电镀液组分和电镀工艺

20.6.3  铜电镀液中的添加剂

20.6.4  电镀薄膜性能

20.6.5  化学镀

20.7  铜互连化学机械抛光工艺原理

20.7.1  CMP平坦化原理

20.7.2  抛光垫和抛光液

20.7.3  铜、钨与阻挡层金属抛光工艺

20.7.4  介质抛光工艺

20.7.5  CMP后清洗工艺

20.7.6  抛光产生的表层缺陷

20.8  铜互连线的可靠性

20.8.1  互连薄膜的电迁移效应

20.8.2  应力迁移

20.8.3  增强铜互连抗电迁移特性的途径

20.9  三维互连技术

20.9.1  三维集成互连工艺特点

20.9.2  TSV工艺简介

20.9.3  转接板与2.5维互连技术

20.10  纳米尺度互连材料与工艺的新探索

20.10.1  电阻率尺寸效应与互连金属选择

20.10.2  碳基低维互连新材料及应用前景

20.10.3  碳纳米管垂直互连

20.10.4  石墨烯互连

思考题

参考文献

附录

附录1  常用主要物理常数与量纲

附录2  部分常用物理量换算关系

附录3  硅主要物理与化学性质（300K）

附录4  硅晶体结构

附录5  SiO2和Si3N4主要物理性质（300K）

附录6  部分元素和化合物半导体物理性质参数对比

附录7  国际通用数值量级前缀用词及符号