芯片制造——半导体工艺制程实用教程（第六版）

本书是一本介绍半导体集成电路和器件制造技术，在半导体领域享有很高的声誉；
包括半导体工艺的每个阶段： 从原材料的制备到封装、 测试和成品运输， 以及传统的和现代的工艺；
提供了详细的插图和实例， 并辅以小结、习题、术语表；
避开了复杂的数学问题介绍工艺技术。

本书是一本介绍半导体集成电路和器件制造技术的专业书， 在半导体领域享有很高的声誉。本书的讨论范围包括半导体工艺的每个阶段： 从原材料的制备到封装、 测试和成品运输， 以及传统的和现代的工艺。全书提供了详细的插图和实例， 并辅以小结和习题， 以及丰富的术语表。第六版修订了微芯片制造领域的新进展， 讨论了用于图形化、 掺杂和薄膜步骤的先进工艺和尖端技术， 使隐含在复杂的现代半导体制造材料与工艺中的物理、 化学和电子的基础信息更易理解。本书的主要特点是避开了复杂的数学问题介绍工艺技术内容， 并加入了半导体业界的新成果， 可以使读者了解工艺技术发展的趋势。

Peter Van Zant 国际知名半导体专家，具有广阔的工艺工程、培训、咨询和写作方面的背景，他曾先后在IBM和德州仪器（TI）工作，之后再硅谷，又先后在美国国家半导体（National Semiconductor）和单片存储器（Monolithic Memories）公司任晶圆制造工艺工程和管理职位。他还曾在加利福尼亚州洛杉矶的山麓学院（Foothill College）任讲师，讲授半导体课程和针对初始工艺工程师的高级课程。他是《半导体技术词汇》（第三版）（Semiconductor Technology Glossary, Third Edition）、 《集成电路教程》（Integrated Circuits Text）、《安全第一手册》（Safety First Manual）和《芯片封装手册》（Chip Packaging Manual）的作者。他的书和培训教程被多家芯片制造商、产业供货商、学院和大学所采用。
韩郑生，男，中科院微电子研究所研究员/教授，博士生导师，研究方向为微电子学与固体电子学，从事集成电路工艺技术、电路设计方面的工作，曾任高级工程师，光刻工艺负责人，研究室副主任兼任测试工艺负责人，硅工程中心产品部主任，项目/课题负责人。国家特殊津贴获得者。国家自然基金面上项目评审专家。

目录
第1章半导体产业
1.1引言
1.2一个产业的诞生
1.3固态时代
1.4集成电路
1.5工艺和产品趋势
1.6半导体产业的构成
1.7生产阶段
1.8微芯片制造过程发展的
60年
1.9纳米时代
习题
参考文献第2章半导体材料和化学品的特性
2.1引言
2.2原子结构
2.3元素周期表
2.4电传导
2.5绝缘体和电容器
2.6本征半导体
2.7掺杂半导体
2.8电子和空穴传导
2.9半导体生产材料
2.10半导体化合物
2.11锗化硅
2.12衬底工程
2.13铁电材料
2.14金刚石半导体
2.15工艺化学品
2.16物质的状态
2.17物质的性质
2.18压力和真空
2.19酸、 碱和溶剂
2.20化学纯化和清洗
习题
参考文献第3章晶体生长与硅晶圆制备
3.1引言
3.2半导体硅制备
3.3晶体材料
3.4晶体定向
3.5晶体生长
3.6晶体和晶圆质量
3.7晶圆制备
3.8切片
3.9晶圆刻号
3.10磨片
3.11化学机械抛光
3.12背面处理
3.13双面抛光
3.14边缘倒角和抛光
3.15晶圆评估
3.16氧化
3.17包装
3.18工程化晶圆（衬底）
习题
参考文献第4章晶圆制造和封装概述
4.1引言
4.2晶圆生产的目标
4.3晶圆术语
4.4芯片术语
4.5晶圆生产的基础工艺
4.6薄膜工艺
4.7晶圆制造实例
4.8晶圆中测
4.9集成电路的封装
4.10小结
习题
参考文献第5章污染控制
5.1引言
5.2污染源
5.3净化间的建设
5.4净化间的物质与供给
5.5净化间的维护
5.6晶圆表面清洗
习题
参考文献第6章生产能力和工艺良品率
6.1引言
6.2良品率测量点
6.3累积晶圆生产良品率
6.4晶圆生产良品率的制约因素
6.5封装和最终测试良品率
6.6整体工艺良品率
习题
参考文献第7章氧化
7.1引言
7.2二氧化硅层的用途
7.3热氧化机制
7.4氧化工艺
7.5氧化后评估
习题
参考文献第8章十步图形化工艺流程——从表面
制备到曝光
8.1引言
8.2光刻工艺概述
8.3光刻十步法工艺过程
8.4基本的光刻胶化学
8.5光刻胶性能的要素
8.6光刻胶的物理属性
8.7光刻工艺： 从表面制备到
曝光
8.8表面制备
8.9涂光刻胶（旋转式）
8.10软烘焙
8.11对准和曝光
8.12先进的光刻
习题
参考文献第9章十步图形化工艺流程——从显影
到最终检验
9.1引言
9.2硬烘焙
9.3刻蚀
9.4湿法刻蚀
9.5干法刻蚀
9.6干法刻蚀中光刻胶的影响
9.7光刻胶的去除
9.8去胶的新挑战
9.9最终目检
9.10掩模版的制作
9.11小结
习题
参考文献第10章下一代光刻技术
10.1引言
10.2下一代光刻工艺的挑战
10.3其他曝光问题
10.4其他解决方案及其挑战
10.5晶圆表面问题
10.6防反射涂层
10.7高级光刻胶工艺
10.8改进刻蚀工艺
10.9自对准结构
10.10刻蚀轮廓控制
习题
参考文献第11章掺杂
11.1引言
11.2扩散的概念
11.3扩散形成的掺杂区和结
11.4扩散工艺的步骤
11.5淀积
11.6推进氧化
11.7离子注入简介
11.8离子注入的概念
11.9离子注入系统
11.10离子注入区域的杂质
浓度
11.11离子注入层的评估
11.12离子注入的应用
11.13掺杂前景展望
习题
参考文献第12章薄膜淀积
12.1引言
12.2化学气相淀积基础
12.3CVD的工艺步骤
12.4CVD系统分类
12.5常压CVD系统
12.6低压化学气相淀积
（LPCVD）
12.7原子层淀积
12.8气相外延
12.9分子束外延
12.10金属有机物CVD
12.11淀积膜
12.12淀积的半导体膜
12.13外延硅
12.14多晶硅和非晶硅淀积
12.15SOS和SOI
12.16在硅上生长砷化镓
12.17绝缘体和绝缘介质
12.18导体
习题
参考文献第13章金属化
13.1引言
13.2淀积方法
13.3单层金属
13.4多层金属设计
13.5导体材料
13.6金属塞
13.7溅射淀积
13.8电化学镀膜
13.9化学机械工艺
13.10CVD金属淀积
13.11金属薄膜的用途
13.12真空系统
习题
参考文献第14章工艺和器件的评估
14.1引言
14.2晶圆的电特性测量
14.3工艺和器件评估方法
14.4物理测试方法
14.5层厚的测量
14.6栅氧化层完整性电学
测量
14.7结深
14.8污染物和缺陷检测
14.9总体表面特征
14.10污染认定
14.11器件电学测量
习题
参考文献第15章晶圆制造中的商业因素
15.1引言
15.2晶圆制造的成本
15.3自动化
15.4工厂层次的自动化
15.5设备标准
15.6统计制程控制
15.7库存控制
15.8质量控制和ISO 9000认证
15.9生产线组织架构
习题
参考文献第16章器件和集成电路组成的
介绍
16.1引言
16.2半导体器件的形成
16.3MOSFET按比例缩小带来
的挑战的替代方案
16.4集成电路的形成
16.5BiMOS
16.6超导体
习题
参考文献第17章集成电路简介
17.1引言
17.2电路基础
17.3集成电路的类型
17.4下一代产品
习题
参考文献第18章封装
18.1引言
18.2芯片的特性
18.3封装功能和设计
18.4引线键合工艺
18.5凸点或焊球工艺示例
18.6封装设计
18.7封装类型和技术小结
习题
参考文献

译者序
集成电路产业和软件产业是信息产业的核心， 是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。2020年7月27日国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》， 这是继2014年6月国务院发布的《国家集成电路产业发展推进纲要》、 2000年国务院18号文件《国务院关于鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》和2011年国务院4号文件《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》后, 国家对集成电路产业支持的又一重要政策。2020年7月30日国务院学位委员会会议已投票通过将集成电路专业作为一级学科。制造半导体集成电路和器件的技术是衡量国家科技发展水平的重要标志之一。
本书是一部介绍半导体集成电路和器件的专业书。除了讨论从半导体材料制备到最终产品封装、 测试的生产技术全过程， 还在第15章介绍了制造过程中的经济成本方面的内容。
随着集成电路技术和产品的快速发展， 作者Peter Van Zant先生在本书的第六版中新增了产业界的新成果和进展， 在章节顺序方面也做了一些调整。本书的特点是简洁明了和通俗易懂， 并在每章后配备了习题， 适合作为培训和教学的教材。
书中也有不符合一般写作规范之处， 例如未将图和表分别标识， 将表全都作为插图处理， 甚至公式和化学反应式也一并作为插图， 为了尊重原版， 在此并未重新整理。
由于水平有限和时间紧促， 译文中的错误在所难免， 敬请广大读者批评指正。
感谢电子工业出版的马岚老师推荐我承担本书翻译工作。感谢我的爱人刘静所给予的支持。

韩郑生
于中国科学院微电子研究所

前言
本书第一版前言曾提到：“随着半导体产业在经济中变得越来越重要，越来越多的人将加入这个行业。我的目标是使微芯片制造满足他们的需求。”
事实上， 半导体产业已经成为一个重要的国际产业部分。半导体材料和设备产业的发展已成为重要的产业部分。第六版仍然遵循第一版的目标， 服务于晶圆制造工作者的培训需求， 包括生产工人、 技术人员、 材料和设备领域的专业人士或工程师。
第六版保留了在现代半导体工业中复杂的制造材料和工艺方面的物理、 化学和电子基础。它已经从20世纪60年代简单的实验室生产线发展成最先进的工艺流程。不是每个工艺流程都能用文字详细介绍的。本书解释了用于图形化、 掺杂和薄膜步骤的流行技术。本书的目的是让读者获得足够的知识， 并能够及时了解新的工艺和设备。
感谢Anne Miller和Michael Hynes博士在半导体业务方面极具价值的投入， 以及Yield工程系统的创始人及总裁Bill Moffat， 还包括非凡的工艺工程师Don Keenan先生。
还要感谢高级编辑Michael和其他在麦格劳希尔（McGraw Hill）公司工作的人员的支持与指导。感谢Cenveo出版服务部的经理Sheena Uprety和文字编辑Ragini Pandey将我的手稿编辑成书。
当然， 还要感谢永远支持我的极具耐心的妻子Mary DeWitt。正是她帮我编辑本书第一版， 给了我写作后续每一个版本的勇气， 并且本书最新版本也经过了她严谨的审校。
教辅事宜， 请咨询原版图书出版方McGraw Hill， 邮箱： [email protected]。
Peter Van Zant