內容簡介
“芯”製造 集成電路製造技術鏈立足集成電路製造業,以多方位視角,按產業鏈上游、中游、下游逐級剖析,採用分形理論框架,系統地繪製出集成電路製造業的立體知識樹。在內容組織方面,本書以實際應用為導向,涵蓋集成電路設計、生產製造及封裝測試三大關鍵環節,聚焦芯片的尖 端製造技術和先進封裝技術,以分形邏輯詳細介紹產業鏈的每一個環節 。
本書共十二章 。第一章 為緒論,簡要介紹集成電路製造技術的發展歷程,集成電路製造業的概況、產業鏈結構與特點,以及發展趨勢。第二章 ~第十章 深入探討先進製造的工藝與設備,具體介紹芯片製造的單項工藝、關鍵材料、系統工藝,以及芯片設計與工藝的協同優化,隨後詳細介紹光刻機、沉積與刻蝕設備、化學機械拋光,以及其他關鍵工藝設備與工藝量檢測設備。第十一章 、第十二章 分別介紹芯片封裝與測試,以及先進封裝與集成芯片製造技術。
本書可供集成電路、微電子、電子科學與技術等相關專業的研究生和高年級本科生學習,也可供相關專業高校教師和集成電路行業的研究人員、工程師等閱讀。
作者簡介
趙巍勝
中國科學技術協會第十屆全 國委員會常務委員會委員、第八屆教育 部科學技術委員會委員、北京航空航天大學副校長、自旋芯片與技術全 國重點實驗室常務副主任、”空天信自旋電子技術”工 信部重點實驗室主任、《集成電路與嵌入式系統》期刊主編。2019年入選IEEE Fellow,2020年入選教育 部”長江學 者獎勵計劃”,2021年獲科學探索獎和中國電子學會科學技術獎(自然科學)一等獎,2022年獲華為奧林帕斯先鋒獎,2023年獲中國儀器儀錶學會科學技術獎技術發明一等獎,2020—2022年連續入選愛思唯爾” 中國高被引學 者”, 曾擔任國際會議IEEE ACM NANOARCH 2016及ACM GLSVLSI 2020的大會主席。
2007年獲法國巴黎南大學(現巴黎薩克雷大學)物理學博士學位,2009年任法國國家科學院研究員(終身職位),2013年入職北京航空航天大學。長期從事自旋電子學、新型信息器件、新型非易失存儲器等領域的交叉研究,取得了一系列原創性研究成果。2018—2023年間,共發表ESI 高被引論文十五篇,總被引二萬餘次,H因子76;獲一百五十余項發明專利授權,知識產權轉讓或授權使用50余項。
目錄
第1 章 緒論 1
本章 重點 1
1 1 集成電路技術發展歷程 1
1 2 現代集成電路製造業概況 6
1 3 集成電路製造業產業鏈結構與特點 7
1 4 集成電路製造業發展趨勢 8
第2 章 芯片製造的單項工藝 12
本章 重點 12
2 1 熱氧化工藝 13
2 1 1 熱氧化機理與工藝 13
2 1 2 熱氧化工藝中SiO2 的性質及用途 15
2 1 3 氧化層的質量檢測 16
2 2 圖形化工藝 17
2 2 1 光刻原理與工藝 17
2 2 2 刻蝕原理及工藝 19
2 2 3 圖形化工藝流程 23
2 2 4 多重圖形技術 24
2 2 5 新型圖形化技術:納米壓印光刻 27
2 3 摻雜工藝 29
2 3 1 摻雜原理 29
2 3 2 熱擴散摻雜 29
2 3 3 離子注入摻雜 31
2 4 薄膜沉積工藝 33
2 4 1 CVD 34
2 4 2 PVD 36
2 4 3 ALD 38
2 4 4 其他薄膜沉積技術 39
2 4 5 芯片製造中的薄膜 40
2 5 互連工藝 43
2 5 1 互連工藝概述 44
2 5 2 鋁互連工藝 48
2 5 3 銅互連工藝 48
2 6 輔助性工藝 50
2 6 1 清洗工藝 50
2 6 2 CMP 52
2 6 3 晶圓檢測技術 54
2 7 本章 小結 54
思考題 55
參考文獻 55
第3 章 芯片製造的關鍵材料 57
本章 重點 57
3 1 硅晶圓材料 58
3 1 1 半導體材料的發展 58
3 1 2 硅襯底材料 59
3 1 3 硅晶圓材料與製備工藝 60
3 1 4 硅晶圓材料市場發展現狀 63
3 2 寬禁帶半導體材料 64
3 2 1 SiC 材料及製造工藝 64
3 2 2 GaN 材料及製造工藝 69
3 2 3 寬禁帶半導體材料的應用成果 72
3 2 4 寬禁帶半導體材料的發展趨勢及關鍵問題 74
3 3 工藝耗材 75
3 3 1 電子特氣 75
3 3 2 靶材 79
3 3 3 光刻膠 81
3 3 4 掩模版 84
3 3 5 顯影液 86
3 4 輔助性材料 87
3 4 1 拋光液 88
3 4 2 濕法刻蝕液 90
3 4 3 電鍍液 91
3 5 本章 小結 92
思考題 93
參考文獻 93
第4 章 芯片製造的系統工藝 95
本章 重點 95
4 1 邏輯芯片系統工藝 95
4 1 1 基於CMOS 的系統工藝 96
4 1 2 SOI 工藝 100
4 1 3 先進邏輯工藝 104
4 1 4 SoC 工藝 108
4 2 存儲芯片系統工藝110
4 2 1 DRAM 工藝111
4 2 2 Flash 工藝114
4 2 3 新型非易失性存儲器工藝117
4 3 特色工藝 120
4 3 1 模擬集成電路工藝 121
4 3 2 功率器件工藝 123
4 3 3 MEMS 工藝 124
4 4 本章 小結 128
思考題 128
參考文獻 128
第5 章 芯片設計與工藝的協同優化 131
本章 重點 131
5 1 芯片設計 131
5 1 1 芯片設計產業概述 131
5 1 2 “分久而合”:芯片設計和製造的產業發展歷程及趨勢 132
5 1 3 芯片設計流程綜述 134
5 1 4 芯片設計工具 136
5 1 5 從芯片設計到芯片製造 137
5 2 面向芯片工藝的可製造性設計 142
5 2 1 DFM 142
5 2 2 面向避免隨機性製造缺陷的芯片設計 143
5 2 3 面向避免系統性製造缺陷的芯片設計 145
5 2 4 面向DFM 的EDA 工具 147
5 3 設計與工藝的協同優化 149
5 3 1 工藝流程建立過程中的DTCO 149
5 3 2 芯片設計中的DTCO 155
5 3 3 面向DTCO 的EDA 工具 166
5 3 4 STCO 與趨勢展望 167
5 4 本章 小結 169
思考題 169
參考文獻 169
第6 章 光刻機 171
本章 重點 171
6 1 概論 171
6 2 光刻機的發展歷程 172
6 2 1 接近 接觸式光刻機 174
6 2 2 投影式光刻機 175
6 2 3 掃描 步進式投影光刻機 176
6 2 4 光刻分辨率的原理及提升 177
6 3 光刻機的產業應用 179
6 3 1 光刻機的工藝制程 179
6 3 2 前道光刻機應用 180
6 3 3 後道光刻機應用 181
6 3 4 其他工藝光刻機應用 182
6 4 光刻機的整機系統 183
6 4 1 光刻機的基本結構 184
6 4 2 光刻機的性能指標 184
6 4 3 光刻機的技術挑戰 187
6 5 光刻機的光源 188
6 5 1 汞燈光源 189
6 5 2 准分子激光器 190
6 6 光刻機的工作臺系統 192
6 6 1 工件台 掩模台系統 192
6 6 2 工件台 測量台系統 194
6 7 光刻機的其他關鍵子系統 194
6 7 1 照明系統 195
6 7 2 投影物鏡系統 197
6 7 3 調焦調平系統 199
6 7 4 對準系統 200
6 7 5 光刻機環境控制系統 201
6 8 計算光刻 202
6 8 1 光學鄰近效應校正 202
6 8 2 光源掩模協同優化 204
6 8 3 反演光刻 205
6 9 EUV 光刻機技術 206
6 9 1 EUV 光刻原理 207
6 9 2 EUV 光刻機系統與關鍵技術 207
6 9 3 EUV 光刻機軟件及計算光刻 211
6 9 4 EUV 光刻技術路線與挑戰 212
6 9 5 EUV 光刻機產業圖譜 213
6 10 本章 小結 214
思考題 214
參考文獻 214
第7 章 沉積與刻蝕設備 217
本章 重點 217
7 1 沉積設備 217
7 1 1 CVD 設備的類型與應用 219
7 1 2 PVD 設備的類型與應用 222
7 1 3 ALD 設備的類型與應用 227
7 1 4 先進沉積設備的發展趨勢 231
7 2 等離子體刻蝕設備 232
7 2 1 CCP 刻蝕設備與應用 234
7 2 2 ICP 刻蝕設備與應用 235
7 2 3 其他刻蝕設備 237
7 2 4 先進刻蝕設備的發展趨勢 239
7 3 沉積與刻蝕設備的核心子系統 241
7 3 1 真空系統 241
7 3 2 熱管理與溫度控制系統 246
7 3 3 氣體流量控制系統 248
7 3 4 晶圓傳送系統 249
7 3 5 射頻電源及其匹配系統 251
7 3 6 原位監測系統 252
7 3 7 其他關鍵組件 255
7 4 技術供應 256
7 4 1 AMAT 256
7 4 2 泛林集團 257
7 4 3 國內半導體設備公司 258
7 4 4 MKS 258
7 4 5 Edwards 259
7 4 6 Advanced Energy 260
7 4 7 國內零部件公司 260
7 5 本章 小結 260
思考題 260
參考文獻 261
第8 章 化學機械拋光 262
本章 重點 262
8 1 拋光的基本概念與定性術語 262
8 1 1 拋光的基本概念 262
8 1 2 拋光的層次 263
8 2 拋光的應用場景與分類 264
8 2 1 拋光的應用場景 265
8 2 2 非機械拋光 266
8 2 3 機械拋光 268
8 2 4 CMP 的發展歷程 272
8 3 化學機械拋光 273
8 3 1 CMP 的工藝原理 273
8 3 2 CMP 的質量評價指標 274
8 3 3 CMP 的質量影響因素與關鍵工藝參數 275
8 3 4 溫度控制 276
8 3 5 壓力控制 276
8 3 6 轉速控制 277
8 3 7 終點檢測 277
8 3 8 CMP 後清洗 279
8 3 9 CMP 的優缺點 280
8 4 CMP 的設備與耗材 280
8 4 1 設備組成 280
8 4 2 拋光液 281
8 4 3 拋光墊 284
8 4 4 設備市場及主流廠商 285
8 5 CMP 的應用 287
8 6 CMP 的質量測量與故障排除 288
8 7 本章 小結 291
思考題 292
參考文獻 292
第9 章 其他關鍵工藝設備 294
本章 重點 294
9 1 離子注入機 294
9 1 1 概述 294
9 1 2 離子注入機的發展現狀 295
9 1 3 離子注入機的工作原理 296
9 1 4 關鍵組成與技術 296
9 2 熱處理設備 300
9 2 1 概述 300
9 2 2 發展現狀與未來趨勢 303
9 2 3 關鍵組件與技術 305
9 2 4 主要原材料與零部件 310
9 3 清洗設備311
9 3 1 概述 311
9 3 2 發展現狀與未來