芯片制造

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領導同志邀請各高校十幾位通信領域方面的老師，商量引進國外教材問題。與會同志對出版社提出的計劃十分贊同，大家認為，這對我國通信事業(yè)、特別是對高等院校通信學科的教學工作會很有好處。　　教材建設是高校教學建設的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設了一門好的課程，甚至可能預示著一個嶄新學科的誕生。20世紀40年代MⅡ林肯實驗室出版的一套28本雷達叢書，對近代電子學科、特別是對雷達技術的推動作用，就是一個很好的例子?！　∥覈I導部門對教材建設一直非常重視。20世紀80年代，在原教委教材編審委員會的領導下，匯集了高等院校幾百位富有教學經(jīng)驗的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學校的特點和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對高校的教學工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學改革不斷深入和科學技術的飛速進步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應教學的要求，特別是在電子學和通信技術發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應這種情況，更是一個必須認真考慮的問題。解決這個問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進一批英文原版教材，是會有好處的。　　一年多來，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個“國外電子與通信教材系列”項目組，選派了富有經(jīng)驗的業(yè)務骨干負責有關工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學用書，也可作為有關專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進和出版對高校通信教學和教材改革能起一定作用?！　≡谶@里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認真負責、嚴謹細致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德。　　隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展和科學技術的不斷進步，對高校教學工作會不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實際。教材和學術專著不同，既要注意科學性、學術性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學；引進的教材要適應高校教學改革的需要，針對目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進一些先進的和正在發(fā)展中的交叉學科的參考書；要與國內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用?！　∽詈螅A?！皣怆娮优c通信教材系列”項目取得成功，為我國電子與通信教學和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時更正。

內(nèi)容概要

本書是一部介紹半導體集成電路和器件技術的專業(yè)書籍。其英文版在半導體領域享有很高的聲譽，被列為業(yè)界最暢銷的書籍之一，第五版的出版就是最好的證明。本書的范圍包括半導體工藝的每個階段，從原材料制備到封裝、測試以及傳統(tǒng)和現(xiàn)代工藝。每章包含有習題和復習總結，并輔以豐富的術語表。本書主要特點是簡潔明了，避開了復雜的數(shù)學理論，非常便于讀者理解。本書與時俱進地加入了半導體業(yè)界的最新成果，可使讀者了解工藝技術發(fā)展的最新趨勢。    本書可作為高等院校電子科學與技術專業(yè)和職業(yè)技術培訓的教材，也可作為半導體專業(yè)人員的參考書。

作者簡介

Peter Van Zant是一個國際知名的半導體專家，具有廣闊的工藝工程、培訓、咨詢和寫作方面的背景，以他名字命名成立了Peter Van Zant協(xié)會并擔任該協(xié)會的領導，該協(xié)會是一個對商務和產(chǎn)業(yè)提供寫作、培訓和咨詢服務的企業(yè)，他是《半導體技術詞匯》(第三版)、《集成電路教程》

書籍目錄

第1章   半導體工業(yè)  1.1   一個工業(yè)的誕生  1.2   固態(tài)時代  1.3   集成電路  1.4   工藝和產(chǎn)品趨勢  1.5   特征圖形尺寸的減小  1.6   芯片和晶圓尺寸的增大  1.7   缺陷密度的減小  1.8   內(nèi)部連線水平的提高  1.9   SIA的發(fā)展方向  1.10  芯片成本  1.11  半導體工業(yè)的發(fā)展  1.12  半導體工業(yè)的構成  1.13  生產(chǎn)階段  1.14  結型晶體管  1.15  工業(yè)發(fā)展的50年  1.16  納米時代  習題  參考文獻第2章   半導體材料和化學品的性質  2.1   原子結構  2.2   元素周期表  2.3   電傳導  2.4   絕緣體和電容器  2.5   本征半導體  2.6   摻雜半導體  2.7   電子和空穴傳導  2.8   載流子遷移率  2.9   半導體產(chǎn)品材料  2.10  半導體化合物  2.11  鍺化硅  2.12  襯底工程  2.13  鐵電材料  2.14  金剛石半導體  2.15  工藝化學品  2.16  物質的狀態(tài)  2.17  等離子體  2.18  物質的性質  2.19  壓力和真空  2.20  酸，堿和溶劑  2.21  材料安全數(shù)據(jù)表  習題  參考文獻第3章  晶體生長與硅晶圓制備第4章  晶圓制造概述第5章  污染控制第6章  生產(chǎn)能力和工藝良品率第7章  氧化第8章  基本圖形化工藝流程——從表面準備到曝光第9章  基本圖形化工藝流程——從顯影到最終檢驗第10章  高級光刻工藝第11章  摻雜第12章  薄膜淀積第13章  金屬化第14章  工藝和器件評估第15章  晶圓加工中的商務因素第17章  集成電路的介紹第18章  封裝術語表

章節(jié)摘錄

　　1.12半導體工業(yè)的構成　　電子工業(yè)可分為兩個主要部分：半導體和系統(tǒng)（或產(chǎn)品）。半導體部分包括材料供應商、電路設計、芯片制造商和半導體工業(yè)設備及化學品供應商。系統(tǒng)部分包括設計和生產(chǎn)眾多基于半導體器件的、涉及到從消費類電子產(chǎn)品到太空飛船的產(chǎn)品。電子工業(yè)還涵蓋了印制電路板制造商?！　“雽w產(chǎn)業(yè)由兩個主要部分組成。一部分是制造半導體固態(tài)器件和電路的企業(yè)，生產(chǎn)過程稱為晶圓制造（waferfabrication）o在這個行業(yè)中有三種類型的芯片供應商，一種是集設計、制造、封裝和市場銷售為一體的公司，稱為集成器件制造商（IDM）；一種是為其他芯片供應商制造電路芯片，稱為代工廠（Foundry）；還有一種是做設計和晶圓市場的公司，它們從晶圓工廠購買芯片，稱為無加工廠公司（Fabless）。以產(chǎn)品為終端市場的經(jīng)銷商和為內(nèi)部使用的生產(chǎn)商都生產(chǎn)芯片。以產(chǎn)品為終端市場的生產(chǎn)商制造并在市場上銷售芯片，以產(chǎn)品為內(nèi)部使用的生產(chǎn)商的終端產(chǎn)品為計算機、通信產(chǎn)品等，生產(chǎn)的芯片用于它們自己的終端產(chǎn)品，其中一些企業(yè)也向市場銷售芯片。還有一些生產(chǎn)專業(yè)的芯片供內(nèi)部使用，在市場上購買其他的芯片。在20世紀80年代，在以產(chǎn)品供內(nèi)部使用的生產(chǎn)商中進行的芯片制造的比例有上升的趨勢。1.13生產(chǎn)階段　　固態(tài)器件的制造有以下5個不同的階段（參見圖1.20）?！　?.材料準備　　2.晶體生長和晶圓準備　　3.晶圓制造和分選　　4.封裝　　5.終測　　在第一個階段，材料準備（參見第2章）是半導體材料的開采并根據(jù)半導體標準進行提純。硅以沙子為原料，沙子通過轉化可成為具有多晶硅結構的純凈硅[參見圖1.20（a）]?！　≡诘诙€階段，材料首先形成帶有特殊的電子和結構參數(shù)的晶體。之后，在晶體生長和晶圓準備（參見第3章）工藝中，晶體被切割成稱為晶圓的薄片，并進行表面處理[參見圖1.20（b）]。另外半導體工業(yè)也用鍺和不同半導體材料的混合物來制作器件與電路?！　〉谌齻€階段是晶圓制造[參見圖1.20（c）]，也就是在其表面上形成器件或集成電路。在每個晶圓上通?？尚纬?00～300個同樣的器件，也可多至幾千個。在晶圓上由分立器件或集成電路占據(jù)的區(qū)域稱為芯片。晶圓制造也可稱為制造、Fab、芯片制造或微芯片制造。晶圓的制造有幾千個步驟，它們可分為兩個主要部分：前端工藝線（.FEOL）是晶體管和其他器件在晶圓表面上的形成；后端工藝線（BEOL）是以金屬線把器件連在一起并加一層最終保護層?！　∽裱A制造過程，晶圓上的芯片已經(jīng)完成，但是仍舊保持晶圓形式并且未經(jīng)測試。下一步每個芯片都需要進行電測（稱為晶圓電測）來檢測是否符合客戶的要求。晶圓電測是晶圓制造的最后一步或封裝（packaging）的第一步?！　》庋b是通過一系列的過程把晶圓上的芯片分割開，然后將它們封裝起來[參見圖1.20（d）]。這個階段還包括與客戶規(guī)范要求一致的芯片最終測試。工業(yè)界也把這一階段稱為裝配和測試（A／T）。封裝起到保護芯片免于污染和外來傷害的作用，并提供堅固耐用的電氣引腳以和電路板或電子產(chǎn)品相連。封裝由半導體生產(chǎn)廠的另一個部門或通常在國外的工廠來完成。　　……

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