描述
开 本: 16开纸 张: 轻型纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121271601丛书名: 可靠性技术丛书
内容简介
本书共11章，以硅集成电路为中心，重点介绍了半导体集成电路及其可靠性的发展演变过程、集成电路制造的基本工艺、半导体集成电路的主要失效机理、可靠性数学、可靠性测试结构的设计、MOS场效应管的特性、失效机理的可靠性仿真和评价。随着集成电路设计规模越来越大，设计可靠性越来越重要，在设计阶段借助可靠性仿真技术，评价设计出的集成电路可靠性能力，针对电路设计中的可靠性薄弱环节，通过设计加固，可以有效提高产品的可靠性水平，提高产品的竞争力。
目 录
第1章 绪论
1.1 半导体集成电路的发展过程
1.2 半导体集成电路的分类
1.2.1 按半导体集成电路规模分类
1.2.2 按电路功能分类
1.2.3 按有源器件的类型分类
1.2.4 按应用性质分类
1.3 半导体集成电路的发展特点
1.3.1 集成度不断提高
1.3.2 器件的特征尺寸不断缩小
1.3.3 专业化分工发展成熟
1.3.4 系统集成芯片的发展
1.3.5 半导体集成电路带动其他学科的发展
1.4 半导体集成电路可靠性评估体系
1.4.1 工艺可靠性评估
1.4.2 集成电路的主要失效模式
1.4.3 集成电路的主要失效机理
1.4.4 集成电路可靠性面临的挑战
参考文献
第2章 半导体集成电路的基本工艺
2.1 氧化工艺
2.1.1 SiO2的性质
2.1.2 SiO2的作用
2.1.3 SiO2膜的制备
2.1.4 SiO2膜的检测
2.1.5 SiO2膜的主要缺陷
2.2 化学气相沉积法制备薄膜
2.2.1 化学气相沉积概述
2.2.2 化学气相沉积的主要反应类型
2.2.3 CVD制备薄膜
2.2.4 CVD掺杂
2.3 扩散掺杂工艺
2.3.1 扩散形式
2.3.2 常用杂质的扩散方法
2.3.3 扩散分布的分析
2.4 离子注入工艺
2.4.1 离子注入技术概述
2.4.2 离子注入的浓度分布与退火
2.5 光刻工艺
2.5.1 光刻工艺流程
2.5.2 光刻胶的曝光
2.5.3 光刻胶的曝光方式
2.5.4 32nm和22nm的光刻
2.5.5 光刻工艺产生的微缺陷
2.6 金属化工艺
2.6.1 金属化概述
2.6.2 金属膜的沉积方法
2.6.3 金属化工艺
2.6.4 Al/Si接触及其改进
2.6.5 阻挡层金属
2.6.6 Al膜的电迁移
2.6.7 金属硅化物
2.6.8 金属钨
2.6.9 铜互连工艺
参考文献
第3章 缺陷的来源和控制
3.1 缺陷的基本概念
3.1.1 缺陷的分类
3.1.2 前端和后端引入的缺陷
3.2 引起缺陷的污染物
3.2.1 颗粒污染物
3.2.2 金属离子
3.2.3 有机物沾污
……
第4章 半导体集成电路制造工艺
第5章 半导体集成电路的主要失效机理
第6章 可靠性数据的统计分析基础
第7章 半导体集成电路的可靠性评价
第8章 可靠性测试结构的设计
第9章 MOS场效应晶体管的特性
第10章 集成电路的可靠性仿真
第11章 集成电路工艺失效机理的可靠性评价
主要符号表
英文缩略词及术语
1.1 半导体集成电路的发展过程
1.2 半导体集成电路的分类
1.2.1 按半导体集成电路规模分类
1.2.2 按电路功能分类
1.2.3 按有源器件的类型分类
1.2.4 按应用性质分类
1.3 半导体集成电路的发展特点
1.3.1 集成度不断提高
1.3.2 器件的特征尺寸不断缩小
1.3.3 专业化分工发展成熟
1.3.4 系统集成芯片的发展
1.3.5 半导体集成电路带动其他学科的发展
1.4 半导体集成电路可靠性评估体系
1.4.1 工艺可靠性评估
1.4.2 集成电路的主要失效模式
1.4.3 集成电路的主要失效机理
1.4.4 集成电路可靠性面临的挑战
参考文献
第2章 半导体集成电路的基本工艺
2.1 氧化工艺
2.1.1 SiO2的性质
2.1.2 SiO2的作用
2.1.3 SiO2膜的制备
2.1.4 SiO2膜的检测
2.1.5 SiO2膜的主要缺陷
2.2 化学气相沉积法制备薄膜
2.2.1 化学气相沉积概述
2.2.2 化学气相沉积的主要反应类型
2.2.3 CVD制备薄膜
2.2.4 CVD掺杂
2.3 扩散掺杂工艺
2.3.1 扩散形式
2.3.2 常用杂质的扩散方法
2.3.3 扩散分布的分析
2.4 离子注入工艺
2.4.1 离子注入技术概述
2.4.2 离子注入的浓度分布与退火
2.5 光刻工艺
2.5.1 光刻工艺流程
2.5.2 光刻胶的曝光
2.5.3 光刻胶的曝光方式
2.5.4 32nm和22nm的光刻
2.5.5 光刻工艺产生的微缺陷
2.6 金属化工艺
2.6.1 金属化概述
2.6.2 金属膜的沉积方法
2.6.3 金属化工艺
2.6.4 Al/Si接触及其改进
2.6.5 阻挡层金属
2.6.6 Al膜的电迁移
2.6.7 金属硅化物
2.6.8 金属钨
2.6.9 铜互连工艺
参考文献
第3章 缺陷的来源和控制
3.1 缺陷的基本概念
3.1.1 缺陷的分类
3.1.2 前端和后端引入的缺陷
3.2 引起缺陷的污染物
3.2.1 颗粒污染物
3.2.2 金属离子
3.2.3 有机物沾污
……
第4章 半导体集成电路制造工艺
第5章 半导体集成电路的主要失效机理
第6章 可靠性数据的统计分析基础
第7章 半导体集成电路的可靠性评价
第8章 可靠性测试结构的设计
第9章 MOS场效应晶体管的特性
第10章 集成电路的可靠性仿真
第11章 集成电路工艺失效机理的可靠性评价
主要符号表
英文缩略词及术语
前 言
丛 书 序
以可靠性为中心的质量是推动经济社会发展永恒的主题，关系国计民生，关乎发展大局。把质量发展放在国家和经济发展的战略位置全面推进，是国际社会普遍认同的发展规律。加快实施制造强国建设，必须牢牢把握制造业这一立国之本，突出质量这一关键内核，把“质量强国”作为制造业转型升级、实现跨跃发展的战略选择和必由之路。
质量是建设制造强国的生命线。作为未来10年引领制造强国建设的行动指南和未来30年实现制造强国梦想的纲领性文件，《中国制造2025》将“质量为先”列为重要的基本指导方针之一。在制造强国建设的伟大进程中，必须全面夯实产品质量基础，不断提升质量品牌价值和“中国制造”综合竞争力，坚定不移地走以质取胜的发展道路。
高质量是先进技术和优质管理高度集成的结果。提升制造业产品质量，要坚持从源头抓起，在产品设计、定型、制造的全过程中按照先进的质量管理标准和技术要求去实施。可靠性是产品性能随时间的保持能力。作为衡量产品质量的重要指标，可靠性管理也充分体现了现代质量管理的特点。《中国制造2025》提出要加强可靠性设计、试验与验证技术开发应用，使产品的性能稳定性、质量可靠性、环境适应性、使用寿命等指标达到国际同类产品先进水平，就是要将可靠性技术作为核心应用于质量设计、控制和质量管理，在产品全寿命周期各阶段，实施可靠性系统工程。
工业和信息化部电子第五研究所是国内*早从事电子产品质量与可靠性研究的权威机构，在我国的质量可靠性领域开创了许多“**”和“**”：**一个专业从事质量可靠性研究的技术机构；开展了国内**次可靠性培训；研制了国内**套环境试验设备；**个将质量“认证”概念引入中国；建立起国内**个可靠性数据交换网；发布了国内**个可靠性预计标准；研发出**个国际先进、国内领先水平的可靠性、维修性、保障性工程软件和综合保障软件……五所始终站在可靠性技术发展的前沿。随着质量强国战略的实施，可靠性工作在我国得到空前的重视，在新时期的作用日益凸显。五所的科研工作者们深深感到，应系统地梳理可靠性技术的要素、方法和途径，全面呈现该领域的**发展成果，使之广泛应用于工程实践，并在制造强国和质量强国建设中发挥应有作用。鉴于此，五所在建所60周年之际，组织专家学者编写出版了“可靠性技术丛书”。这既是历史的责任，又是现实的需要，具有重要意义。
“可靠性技术丛书”内容翔实，涉及面广，实用性强。它涵盖了可靠性的设计、工艺、管理，以及设计生产中的可靠性试验等各个技术环节，系统地论述了提升或保证产品可靠性的专业知识，可在可靠性基础理论、设计改进、物料优选、生产制造、试验分析等方面为产品设计、开发、生产、试验及质量管理等从业者提供重要的技术参考。
质量发展依赖持续不断的技术创新和管理进步。以高可靠、长寿命为核心的高质量是科技创新、管理能力、劳动者素质等因素的综合集成。在举国上下深入实施制造强国战略之际，希望该丛书的出版能够广泛传播先进的可靠性技术与管理方法，大力推动可靠性技术进步及实践应用，积极推进专业人才队伍建设。帮助广大的科技工作者和工程技术人员，为我国先进制造业发展，落实好《中国制造2025》发展战略，在新中国成立100周年时建成世界一流制造强国贡献力量！
所谓半导体集成电路，就是在一块硅单晶片上，利用半导体工艺制作许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元器件，并通过内部的互连以完成特定功能的电子电路。集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管组成的电路，广泛应用于各类电子设备中。
对于更低功耗、更高集成度、更小体积的追求使得半导体集成电路的集成度不断提高，目前国际上18nm工艺已实现量产，新材料、新结构、新工艺的使用使得半导体集成电路遵循着摩尔定律持续向前发展。
随着集成度越来越高，集成电路的使用环境也变得多样化，这就需要更高要求的可靠性。一般情况下，集成电路的可靠性是用“失效率”来衡量的。失效率是指在某一时间内发生的失效概率，分为早期失效、随机失效和磨损失效。在早期失效区，失效率随时间增加而下降；在随机失效区，失效率低且平缓；在磨损失效区，失效率随着时间的增加而增加，表明了产品寿命的结束。产品的寿命取决于产品的设计和所用材料的寿命。
随着线宽的缩小，栅介质层的厚度不断减薄，可靠性的容限不断下降，失效机理的寿命时间制约着集成电路的可靠性。本书的目的是为从事半导体集成电路设计与生产的读者提供一些基础知识，以理解或解决工作中出现的可靠性问题，为改进产品的设计和工艺的优化提供技术指导。
本书内容分为4个部分，**部分（第1～4章）是集成电路的基础知识，主要介绍半导体集成电路的可靠性的发展趋势、半导体集成电路的基本工艺、工艺中的缺陷控制和工艺集成，介绍了典型CMOS集成电路和BiCMOS集成电路工艺；第二部分（第5章）介绍了集成电路主要的失效机理，对三种情况下影响集成电路可靠性的主要失效机理进行了描述，并进行了评价模型的推导；第三部分（第6章）是可靠性的基础数学知识，介绍失效时间的统计分布特性及分布的检验；第四部分（第7～11章）是可靠性评价及仿真方法，介绍集成电路失效机理的可靠性评价方法、可靠性测试结构的设计、可靠性的仿真方法和失效机理的可靠性评价流程，并给出了典型失效机理的可靠性评价案例。
本书兼顾了集成电路的基础知识和**发展（如集成电路可靠性面临的挑战、缺陷的来源和控制、集成电路工艺集成等），重点介绍了集成电路的失效机理及可靠性评价。因此本书中用了较多的篇幅来描述集成电路的工艺过程、工艺集成和沾污控制，分析了半导体集成电路主要的失效机理、可靠性测试结构的设计，以及失效机理的可靠性评价方法，用案例演示了失效机理的可靠性评价过程，同时对集成电路的可靠性仿真进行了介绍。使读者对半导体集成电路可靠性的内涵以及电路失效机理的可靠性评价方法有所了解，为分析和评价集成电路的可靠性打下基础。
全书共分11章，其中第1、2章由章晓文、恩云飞编写，第3、5、7、8、9、10、11章由章晓文编写，第4章由侯波、恩云飞编写，第六章由周振威、恩云飞编写，全书由章晓文负责统稿。此外，林晓玲为书稿的录入做了大量工作，肖庆中同志为书稿绘制了多幅插图，刘远为书稿绘制了部分插图，张战钢核对了部分英文文献，编者向他们表示衷心的感谢。
由于集成电路的发展非常迅速，加上作者水平有限，书中定有不少不足和错误，热诚欢迎读者的批评指正。
编 者
2015年6月
以可靠性为中心的质量是推动经济社会发展永恒的主题，关系国计民生，关乎发展大局。把质量发展放在国家和经济发展的战略位置全面推进，是国际社会普遍认同的发展规律。加快实施制造强国建设，必须牢牢把握制造业这一立国之本，突出质量这一关键内核，把“质量强国”作为制造业转型升级、实现跨跃发展的战略选择和必由之路。
质量是建设制造强国的生命线。作为未来10年引领制造强国建设的行动指南和未来30年实现制造强国梦想的纲领性文件，《中国制造2025》将“质量为先”列为重要的基本指导方针之一。在制造强国建设的伟大进程中，必须全面夯实产品质量基础，不断提升质量品牌价值和“中国制造”综合竞争力，坚定不移地走以质取胜的发展道路。
高质量是先进技术和优质管理高度集成的结果。提升制造业产品质量，要坚持从源头抓起，在产品设计、定型、制造的全过程中按照先进的质量管理标准和技术要求去实施。可靠性是产品性能随时间的保持能力。作为衡量产品质量的重要指标，可靠性管理也充分体现了现代质量管理的特点。《中国制造2025》提出要加强可靠性设计、试验与验证技术开发应用，使产品的性能稳定性、质量可靠性、环境适应性、使用寿命等指标达到国际同类产品先进水平，就是要将可靠性技术作为核心应用于质量设计、控制和质量管理，在产品全寿命周期各阶段，实施可靠性系统工程。
工业和信息化部电子第五研究所是国内*早从事电子产品质量与可靠性研究的权威机构，在我国的质量可靠性领域开创了许多“**”和“**”：**一个专业从事质量可靠性研究的技术机构；开展了国内**次可靠性培训；研制了国内**套环境试验设备；**个将质量“认证”概念引入中国；建立起国内**个可靠性数据交换网；发布了国内**个可靠性预计标准；研发出**个国际先进、国内领先水平的可靠性、维修性、保障性工程软件和综合保障软件……五所始终站在可靠性技术发展的前沿。随着质量强国战略的实施，可靠性工作在我国得到空前的重视，在新时期的作用日益凸显。五所的科研工作者们深深感到，应系统地梳理可靠性技术的要素、方法和途径，全面呈现该领域的**发展成果，使之广泛应用于工程实践，并在制造强国和质量强国建设中发挥应有作用。鉴于此，五所在建所60周年之际，组织专家学者编写出版了“可靠性技术丛书”。这既是历史的责任，又是现实的需要，具有重要意义。
“可靠性技术丛书”内容翔实，涉及面广，实用性强。它涵盖了可靠性的设计、工艺、管理，以及设计生产中的可靠性试验等各个技术环节，系统地论述了提升或保证产品可靠性的专业知识，可在可靠性基础理论、设计改进、物料优选、生产制造、试验分析等方面为产品设计、开发、生产、试验及质量管理等从业者提供重要的技术参考。
质量发展依赖持续不断的技术创新和管理进步。以高可靠、长寿命为核心的高质量是科技创新、管理能力、劳动者素质等因素的综合集成。在举国上下深入实施制造强国战略之际，希望该丛书的出版能够广泛传播先进的可靠性技术与管理方法，大力推动可靠性技术进步及实践应用，积极推进专业人才队伍建设。帮助广大的科技工作者和工程技术人员，为我国先进制造业发展，落实好《中国制造2025》发展战略，在新中国成立100周年时建成世界一流制造强国贡献力量！
所谓半导体集成电路，就是在一块硅单晶片上，利用半导体工艺制作许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元器件，并通过内部的互连以完成特定功能的电子电路。集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管组成的电路，广泛应用于各类电子设备中。
对于更低功耗、更高集成度、更小体积的追求使得半导体集成电路的集成度不断提高，目前国际上18nm工艺已实现量产，新材料、新结构、新工艺的使用使得半导体集成电路遵循着摩尔定律持续向前发展。
随着集成度越来越高，集成电路的使用环境也变得多样化，这就需要更高要求的可靠性。一般情况下，集成电路的可靠性是用“失效率”来衡量的。失效率是指在某一时间内发生的失效概率，分为早期失效、随机失效和磨损失效。在早期失效区，失效率随时间增加而下降；在随机失效区，失效率低且平缓；在磨损失效区，失效率随着时间的增加而增加，表明了产品寿命的结束。产品的寿命取决于产品的设计和所用材料的寿命。
随着线宽的缩小，栅介质层的厚度不断减薄，可靠性的容限不断下降，失效机理的寿命时间制约着集成电路的可靠性。本书的目的是为从事半导体集成电路设计与生产的读者提供一些基础知识，以理解或解决工作中出现的可靠性问题，为改进产品的设计和工艺的优化提供技术指导。
本书内容分为4个部分，**部分（第1～4章）是集成电路的基础知识，主要介绍半导体集成电路的可靠性的发展趋势、半导体集成电路的基本工艺、工艺中的缺陷控制和工艺集成，介绍了典型CMOS集成电路和BiCMOS集成电路工艺；第二部分（第5章）介绍了集成电路主要的失效机理，对三种情况下影响集成电路可靠性的主要失效机理进行了描述，并进行了评价模型的推导；第三部分（第6章）是可靠性的基础数学知识，介绍失效时间的统计分布特性及分布的检验；第四部分（第7～11章）是可靠性评价及仿真方法，介绍集成电路失效机理的可靠性评价方法、可靠性测试结构的设计、可靠性的仿真方法和失效机理的可靠性评价流程，并给出了典型失效机理的可靠性评价案例。
本书兼顾了集成电路的基础知识和**发展（如集成电路可靠性面临的挑战、缺陷的来源和控制、集成电路工艺集成等），重点介绍了集成电路的失效机理及可靠性评价。因此本书中用了较多的篇幅来描述集成电路的工艺过程、工艺集成和沾污控制，分析了半导体集成电路主要的失效机理、可靠性测试结构的设计，以及失效机理的可靠性评价方法，用案例演示了失效机理的可靠性评价过程，同时对集成电路的可靠性仿真进行了介绍。使读者对半导体集成电路可靠性的内涵以及电路失效机理的可靠性评价方法有所了解，为分析和评价集成电路的可靠性打下基础。
全书共分11章，其中第1、2章由章晓文、恩云飞编写，第3、5、7、8、9、10、11章由章晓文编写，第4章由侯波、恩云飞编写，第六章由周振威、恩云飞编写，全书由章晓文负责统稿。此外，林晓玲为书稿的录入做了大量工作，肖庆中同志为书稿绘制了多幅插图，刘远为书稿绘制了部分插图，张战钢核对了部分英文文献，编者向他们表示衷心的感谢。
由于集成电路的发展非常迅速，加上作者水平有限，书中定有不少不足和错误，热诚欢迎读者的批评指正。
编 者
2015年6月
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