積體電路(IC)製程簡論

《積體電路(IC)製程簡論》是2009年11月17日清華大學出版社出版的圖書，作者是田民波。

基本介紹

• 書名：積體電路(IC)製程簡論
• 作者：田民波
• ISBN：9787302209591
• 定價：33元
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2009-11-17
• 裝幀：平裝
• 版次：1-1

內容簡介

本書以通俗生動的語言、圖文並茂的形式，簡要介紹了積體電路製程。以特徵線寬130nm以下為重點，涉及積體電路製作工藝的各個方面，特別是包括短波長光源、步進與掃描照相曝光系統、CMP平坦化、雙大馬士革Cu布線、低?k介質材料、SoC與SiP等。不僅便於讀者入門，特別是指明問題的關鍵和發展方向。對於與積體電路（IC）製程、材料、設備以及微電子套用相關的科技工作者和工程技術人員，本書具有極為難得的參考價值，也可以作為相關專業本科生、研究生用教材和參考書。

圖書前言

半導體積體電路（IC）元件被稱為“工業之米”，作為構成當代文明的基本元素，已滲透到社會生活的各個領域。不僅機器設備，就連我們生活中不可或缺的電子手錶、電冰櫃、洗衣機、電飯鍋等也離不開IC元件。
在迅速發展的信息化時代，人們通過固定電話、手機、傳真機、計算機、網際網路可以在任何時候、任何地方與世界上的任何人互通情報、交流信息，快捷而便利。
在多媒體時代，人們正在集中力量開發將信息、通信、設備及家電等融合為一體的電子設備。不言而喻，個人便攜化、高速度、數位化、多功能、大容量、低價格已成為這類電子綜合設備的戰略發展目標。
在此基礎上，人們正逐步實現各種機器的智慧型化。這些機器具有人的感知，能收集、加工各種信息，主動地進行某種目的的操作，經過學習訓練還能從事技術含量更高的工作等。
半導體積體電路大約以每3年一代（集成度翻兩番）的速度日新月異地發展。儘管目前已有減速的跡象，但信息化、多媒體化、數位化、智慧型化的進程仍在繼續。所有這些都有賴於電子技術及作為其核心的半導體積體電路技術的持續進展。
積體電路除在裝置、設備中扮演“部件”的角色之外，其自身作為一個體系也在不斷發展、進化之中。從這種意義上講，將積體電路形容為“進化中的細胞”或許更確切些。
目前的現狀是，一方面半導體IC正日益廣泛、深入和快速地套用到現代社會的各個領域，而另一方面人們對IC的了解，對其本質的認識卻一知半解，望而卻步的情況並不在少數。由於涉及到大量尖端技術，難度極高，且半導體積體電路製作封閉於“與世隔絕”的超淨工作間，普通人很難了解其中的奧秘。本書的目的是全方位地介紹半導體及積體電路的基本知識。針對製造現場出現的，生產者和使用者經常考慮的，想要知道的，經常聽別人談起的問題，簡要地回答是什麼和為什麼。
為了幫助一般讀者清楚地了解半導體及積體電路，既需要做理論分析，又需要直觀介紹，採用圖文並茂的形式不失為捷徑。而對涉及面廣、發展快、內容新，而又相當深奧的半導體、IC等微電子技術，本書在討論中力求做到深入淺出、通俗易懂，既針對現狀又照顧到歷史的由來和發展前景。
微電子產業自身也是各種各樣部門和產業“集成”的結果。而且，作為產業，經濟、效益等與技術同樣也是必須要考慮的重要問題。書中也兼顧了這方面的內容。
1965年，作為美國英特爾公司最初創始人之一的Gordon Moore（戈登·摩爾）預言：單位平方英寸晶片上電晶體的數目每隔18~24個月就要翻一番。“儘管並非物理學意義上的定律，但作為指導積體電路產業化和投資方向”的摩爾定律在今後數年內仍然有效。目前，國際上45nm技術最為先進，65nm技術次之，90nm技術為當下國際主流技術。我國內地積體電路產業技術水平近年來顯著提升，最高設計水平已經達到90nm、5000萬門水平；製造方面已經有量產的300mm（12英寸）生產線3條、200mm（8英寸）生產線16條，製造工藝已經達到最高90nm、主流技術0.18μm的技術水平。而截至2007年上半年，內地在建、擬建的12英寸生產線5條，8英寸生產線8條。從數量上看，內地12/8英寸晶片生產線已經占其晶片生產線總數的半數；而從產能上看，12/8英寸晶片生產線產能在內地晶圓總產能中所占的比重則已經超過60%。可以說，8英寸以上的高端生產線已經開始成為內地晶片製造行業的主體，內地晶片製造行業正大步地向高端邁進。
內地2006、2007、2008年積體電路產業銷售額分別達到1006.3、1251.3、1246.82億元人民幣（產量分別為355.8、411.7、417.14億塊），年增長率分別為43.3%、24.3%、-0.4%。如果不包括受國際金融危機嚴重影響的2008年，過去幾年內地積體電路產業的平均年增長率在30%以上，遠遠超過全球6%~7%的年均增長速度。目前，中國消費電子產品市場已居全球第2位，IC市場需求量已居全球第一位。中國半導體市場（消費類電子產品為主）已成為全球各大半導體廠商占領市場的制高點和調整產品結構的策源地之一。
由此可以想像，與此相關的從業隊伍有多么龐大。本書若能在積體電路及相關領域，幫助讀者起到入門作用，作者將不勝榮幸。
IC技術涉及電路、設計、製作、封裝、測試、材料及套用等各個方面。作者水平和知識面有限，不妥或謬誤之處在所難免，懇請讀者批評指正。
本書的編寫參考了大量國內外參考文獻。特別是較多地引用了參考文獻[1]、[2]、[7]、[8]的內容（包括圖、表等）。本人在日本期間曾經與這些著作的作者有工作關係，為引用這些文獻曾當面徵得他們的同意。在此，向菊地正典、前田和夫、西久保靖彥、福岡義孝等先生表示感謝。同時向中國電子科技集團公司第五十八研究所的於宗光教授表示感謝。
田民波2009年8月8日

圖書目錄

第1章半導體IC的構造——既神奇又不可思議的
半導體

1.1何謂半導體——導電的難易性

1.2神奇的矽——在地球表面的元素中儲量排行第二

1.3積體電路中集成的是什麼——三極體、電阻、電容

1.4半導體元件與積體電路——積體電路面面觀

1.5二極體的功能——3種類型的二極體

1.6三極體的功能——可以比作通過水閘的水路

1.7MOS與雙極性電晶體的比較——按IC的材料
分類

1.8存儲器、各種類型的CPU——從MPU、ASIC到
系統LSI

1.9存儲器的種類——從DRAM到快閃記憶體

1.10CISC與RISC——MPU的兩個發展系列

1.11半導體器件的用途與特徵——各具特色的半導體
器件大顯身手

1.12存儲器的大小對比——壓縮技術

1.13DRAM的技術先導作用——從DRAM到CPU

1.14摩爾定律繼續有效——山窮水盡疑無路，柳暗花明
又一村

1.15積體電路發明50周年歷史回眸——兩人一小步，
人類一大步

1.16微處理器發展歷程——IC技術插上騰飛的翅膀

專題欄： 半導體IC工廠廠址應具備哪些條件

第2章IC如何進行計算與存儲——CPU與存儲器的工作原理

2.1雙極性電晶體積體電路的結構——比CMOS速度更快

2.2N型與P型MOS的區別——電壓和電流的正負號
變化一下即可

2.3何謂CMOS——最為普及的LSI

2.4電荷的積蓄方法——向DRAM“寫入”

2.5DRAM的重寫——從DRAM“讀出”

2.6快閃記憶體之一——不易失存儲器中電荷的積蓄方法

2.7快閃記憶體之二——半永久數據的存儲

2.8加法計算——二進制法計算

2.9減法計算——利用“負數相對於2的補數表現”

2.10乘法計算——如何實現乘法器

2.11何謂NAND型——CMOS邏輯電路

2.12NOR型、AND型、OR型——各種類型的邏輯電路

2.13半導體的動力和功耗——IC內的電壓以5V為中心

專題欄： 存儲器更新換代的標誌是出現“比特剪刀差”

第3章半導體積體電路的製作工藝——IC工廠的實際體驗

3.1半導體積體電路製作鳥瞰——開發順序與製作工程

3.2IC製造的全工程——涉及前工程和後工程的五大工序

3.3“前”工程——製作帶有電路的晶片

3.4G/W(Good?chip/Wafer，合格晶片/矽圓片)檢測工程——判定
晶片是否合格

3.5如何定義成品率——對綜合實力的檢驗

3.6“後”工程——從劃片到成品檢驗

3.7IC設計圖的製作——要做到技術先進性與市場需求兼顧

專題欄： 計算機模擬

第4章矽圓片的製作——前工程之一： 閃閃發光的單晶矽圓片

4.1高純矽的製作——99.999999999%的超高純

4.2拉制單晶矽——CZ法與FZ法

4.3矽圓片的製作——從單晶矽棒切成矽圓片

4.4研磨成閃閃發光的單晶矽圓片——決定形狀和品質的重要關口

4.5矽圓片直徑與有效晶片——以6~8英寸矽圓片為中心

4.6矽圓片的價格——如何降低晶片的價格

4.7外延矽圓片，SOI——提高器件性能的手段

專題欄： 超淨工作間

第5章薄膜的製作——前工程之二： 重要的擴散工藝

5.1薄膜在IC中所起的作用——從絕緣到LSI的保護

5.2薄膜的製作方法——熱氧化法、化學氣相沉積（CVD）法、濺射
沉積法

5.3熱氧化法——製取優良的絕緣膜

5.4化學氣相沉積（CVD）法——利用化學觸媒由氣相反應沉積薄膜

5.5濺射沉積法——用物理氣相沉積的辦法製取薄膜

5.6雜質的擴散之一——熱擴散法

5.7雜質的擴散之二——離子注入法

5.8熱處理的目的何在——壓入、平坦化、電氣活性化

專題欄： 由機器人製作IC

第6章電路圖形的製作——前工程之三： 掩模與刻蝕

6.1IC、LSI高集成化的關鍵——設計基準的進一步縮小

6.2塗布光刻膠——製取圖形的第一步

6.3掩模圖形的複製——曝光操作

6.4顯影——複製圖形的形成

6.5乾法刻蝕——刻蝕的進行過程

6.6濕法刻蝕——浸蝕法和旋轉法

6.7平坦化技術——微細化不可缺少的技術

6.8銅布線——有單大馬士革和雙大馬士革之分

6.9多層布線之一——高集成度的保證

6.10多層布線之二——已進展到第4代

專題欄： 清洗

第7章IC組裝——後工程之一： 從劃片到塑封

7.1劃片——劃分成一個一個的晶片

7.2裝片作業——把晶片固定於框架中

7.3電極的連線與鍵合——引線鍵合方式

7.4無金絲鍵合——無引線鍵合方式

7.5封裝的種類——IC的封裝

7.6封裝和按印——氣密封裝和非氣密封裝

7.7多引腳與高性能化——封裝的進展極為迅速

7.8外形尺寸與晶片相同的晶圓級CSP——最適合用於便攜設備

7.9系統封裝SiP——SiP與SoC既相互競爭，又相互促進

7.10環境友好型封裝——如何實現無鉛化

7.11散熱結構——如何將熱量散出

7.12高密度多層基板——高密度封裝的載體

專題欄： 半導體工廠的投資內容

第8章檢驗與測量——後工程之二： 多重檢驗

8.1檢驗、測量工程的全貌——各工序嚴格把關

8.2可靠性與篩選之一——加速試驗

8.3可靠性與篩選之二——斷線等的檢驗

專題欄： 分析與檢測技術

第9章包羅萬象的半導體——從非晶態到光積體電路

9.1ASIC是什麼——3種類型的單元陣列

9.2多達10層的多層布線——平坦化與層間導通孔

9.3所謂系統LSI（SoC）——多個LSI製作在同一塊晶片上

9.4電子眼睛CCD——一維CCD、二維CCD

9.5半導體雷射器——光電子用光源

9.6何謂化合物半導體——Ⅲ?Ⅴ族化合物

9.7化合物半導體的套用——白光LED照明

9.8非晶態半導體——非晶態固體

9.9HEMT半導體——低電壓、高速度

9.10超晶格半導體——自然界中不存在的半導體

9.11約瑟夫森半導體——利用超導性的元件

9.12光集成迴路和OE?IC——極有可能變為現實

專題欄： 半導體的未來

第10章最尖端的半導體技術——下一代的IC和LSI

10.1從一次式(步進式)曝光到掃描式曝光——以0.25μm為
分界線

10.2細到曝光線寬的極限——電子束曝光技術

10.3同步輻射光源——有希望的曝光光源

10.4採用多值化技術增大存儲容量——採用四值的DRAM

10.5製作低電壓型IC之一——比例定律

10.6CPU的高性能化——三極體數量增加和工作頻率提高

10.7製作低電壓型IC之二——降低功耗的關鍵

10.8新材料的導入——材料是半導體技術發展的關鍵

10.9納米時代新技術——矽材料仍有潛力

10.10如何實現器件的高性能——同時從基板工程和布線工程
入手

附錄IC製程常用縮略語注釋

參考文獻