集成電路製造與封裝基礎

第一篇 半導體材料與襯底
第1章 半導體的性質 3
1.1 半導體的概述 3
1.1.1 半導體的基本性質 3
1.1.2 半導體的發展應用 4
1.2 半導體的晶體結構和分類 7
1.2.1 半導體的晶體結構 7
1.2.2 半導體的分類 11
1.3 半導體的缺陷 12
1.3.1 點缺陷 13
1.3.2 線缺陷 14
1.3.3 面缺陷 15
1.3.4 體缺陷 16
1.4 半導體的電子狀態和能帶 16
1.4.1 原子能級和晶體能帶 16
1.4.2 晶體的能帶結構 18
1.5 半導體的導電機制 19
1.6 半導體的雜質能級 20
1.6.1 施主雜質和施主能級 20
1.6.2 受主雜質和受主能級 21
1.7 半導體的缺陷能級 22
1.7.1 點缺陷能級 22
1.7.2 線缺陷能級 25
習題 26
參考文獻 26
第2章 矽和矽片的製備 27
2.1 矽源的合成 27
2.1.1 矽的初級加工 27
2.1.2 矽的中間產物 28
2.2 多晶矽的提純與製備 32
2.2.1 多晶矽的提純 32
2.2.2 多晶矽的製備 32
2.3 單晶矽的生長 35
2.3.1 晶體的摻雜 35
2.3.2 直拉法 37
2.3.3 區熔法 39
2.3.4 其他的製備方法 41
2.4 矽片的加工 42
2.5 矽片的清洗 47
2.5.1 矽片的幹法清洗 47
2.5.2 矽片的濕法清洗 48
2.5.3 新型清洗技術 50
2.6 矽片的檢驗與包裝 52
2.6.1 矽片的檢驗 52
2.6.2 矽片的包裝 54
2.7 帶狀矽的製備 55
習題 57
參考文獻 57

第二篇 半導體工藝原理
第3章 氧化技術 61
3.1 二氧化矽的性質和應用 61
3.1.1 二氧化矽的基本結構 61
3.1.2 二氧化矽的性質 63
3.1.3 二氧化矽在積體電路中的應用 64
3.2 熱氧化的基本原理 65
3.2.1 二氧化矽的生長 65
3.2.2 迪爾-格羅夫模型 66
3.2.3 決定二氧化矽生長的因素 69
3.2.4 影響二氧化矽生長的因素 71
3.3 氧化方法 75
3.3.1 熱生長氧化法 76
3.3.2 摻氯氧化法 81
3.3.3 熱分解澱積法 82
3.4 氧化工藝的品質檢測 85
3.4.1 氧化膜的缺陷檢驗 85
3.4.2 氧化膜的物理測量 86
3.4.3 氧化膜的光學測量 87
3.4.4 氧化膜的電學測量 88
3.4.5 氧化層密度的測量 91
習題 92
參考文獻 92
第4章 圖形技術 93
4.1 圖形加工 93
4.1.1 圖形加工的流程 94
4.1.2 圖形加工的缺陷 98
4.2 光刻技術 100
4.2.1 潔淨室 101
4.2.2 光刻膠 101
4.2.3 掩膜版 105
4.2.4 光刻技術分類 107
4.2.5 傳統曝光技術 110
4.2.6 解析度增強技術 112
4.2.7 新型曝光技術 114
4.3 刻蝕技術 117
4.3.1 濕法刻蝕 118
4.3.2 幹法刻蝕 121
習題 130
參考文獻 131
第5章 摻雜技術 132
5.1 合金法 132
5.2 擴散技術 133
5.2.1 擴散方程 133
5.2.2 擴散類型 135
5.2.3 擴散機理 139
5.2.4 擴散方法 146
5.2.5 擴散設備 151
5.3 離子注入法 154
5.3.1 離子注入的機理 154
5.3.2 離子注入的分佈 159
5.3.3 離子注入的設備 160
5.3.4 離子注入的效應 162
5.3.5 離子注入的應用及展望
165 習題 166
參考文獻 166

第三篇 薄膜技術
第6章 薄膜的物理製備 169
6.1 真空技術 169
6.1.1 真空的概念 169
6.1.2 真空的獲取 170
6.1.3 真空的檢漏 176
6.1.4 真空的測量 177
6.2 真空蒸鍍 181
6.2.1 真空蒸鍍的原理 181
6.2.2 真空蒸鍍的分類及特點 182
6.3 濺射鍍膜 184
6.3.1 濺射的基本原理 185
6.3.2 濺射鍍膜的分類 186
6.3.3 濺射鍍膜的特點 189
6.4 離子鍍 190
6.4.1 離子鍍的基本原理 190
6.4.2 離子鍍的分類 191
6.4.3 離子鍍的優點 192
6.5 分子束外延 192
6.5.1 分子束外延的基本原理 193
6.5.2 分子束外延的特點 193
6.5.3 分子束外延的缺陷 194
6.5.4 分子束外延的影響因素 196
6.6 脈衝鐳射沉積 197
6.6.1 脈衝鐳射沉積的原理 197
6.6.2 脈衝鐳射沉積的特點 198
6.6.3 脈衝鐳射沉積的影響因素 199
習題 200
參考文獻 200
第7章 薄膜的化學製備 202
7.1 化學氣相沉積 202
7.1.1 化學氣相沉積的基本原理 203
7.1.2 化學氣相沉積的常用方法 204
7.1.3 化學氣相沉積的發展趨勢及特點 213
7.2 化學溶液製備 214
7.2.1 化學反應沉積法 214
7.2.2 陽極氧化法 216
7.2.3 電鍍法 216
7.2.4 噴霧熱分解法 218
習題 219
參考文獻 219

第四篇 工藝集成與封裝
第8章 工藝集成 223
8.1 金屬化與多層互連 223
8.1.1 金屬互連線 223
8.1.2 歐姆接觸 224
8.1.3 佈線技術 227
8.1.4 多層互連 232
8.1.5 銅多層互連系統工藝 235
8.2 CMOS積體電路工藝 237
8.2.1 隔離工藝 238
8.2.2 雙阱工藝 240
8.2.3 薄柵氧化 241
8.2.4 非均勻溝道摻雜 241
8.2.5 自對準工藝 242
8.2.6 源/漏技術與淺結形成 243
8.2.7 CMOS電路工藝流程 244
8.3 雙極型積體電路工藝 250
8.3.1 標準埋層雙極型電晶體工藝流程 251
8.3.2 其他先進的雙極型積體電路工藝流程 253
習題 255
參考文獻 255
第9章 工藝檢測及監控 257
9.1 工藝檢測的概述 257
9.1.1 類工藝檢測 257
9.1.2 第二類工藝檢測 259
9.2 工藝檢測的內容 259
9.2.1 晶片檢測 259
9.2.2 氧化層檢測 261
9.2.3 光刻工藝檢測 262
9.2.4 擴散層檢測 263
9.2.5 離子注入層檢測 265
9.2.6 外延層檢測 266
9.3 工藝監控 267
9.3.1 工藝即時監控 268
9.3.2 工藝檢測片 268
9.3.3 集成結構測試圖形 268
習題 275
參考文獻 275
第10章 封裝技術 276
10.1 封裝技術發展的現狀 276
10.1.1 封裝的概念 276
10.1.2 封裝的層次 277
10.1.3 封裝的作用 278
10.1.4 封裝的發展歷史 279
10.2 封裝的工藝流程 280
10.2.1 晶片減薄和切割 281
10.2.2 晶片貼裝 282
10.2.3 晶片互連 284
10.2.4 封裝成型技術 292
10.2.5 去飛邊毛刺 293
10.2.6 其他工藝流程 293
10.3 封裝材料 294
10.3.1 陶瓷封裝材料 294
10.3.2 金屬封裝材料 295
10.3.3 塑膠封裝材料 296
10.3.4 焊接材料 298
10.3.5 基板材料 298
10.4 先進的封裝技術 299
10.4.1 球柵陣列封裝 299
10.4.2 晶片尺寸封裝 303
10.4.3 晶圓級封裝 307
10.4.4 倒裝晶片封裝 310
10.4.5 多晶片組件封裝 314
10.4.6 三維封裝 316
習題 318
參考文獻 319

第五篇 元器件可靠性設計與組裝
第11章 元器件可靠性設計 323
11.1 可靠性內涵及表徵 323
11.1.1 可靠性內涵 323
11.1.2 可靠性表徵 324
11.2 可靠性設計分類 328
11.3 降額設計 329
11.4 熱設計 332
11.4.1 失效率與溫度關係 332
11.4.2 熱設計思路 334
11.4.3 表面貼裝元件熱設計方法 334
11.5 靜電防護設計 337
11.5.1 靜電放電現象 337
11.5.2 靜電放電損傷 338
11.5.3 靜電放電防護 339
11.6 抗輻射加固技術 341
11.6.1 輻射效應分類 341
11.6.2 抗輻射加固措施 343
11.6.3 抗輻射加固原則 344
11.7 耐環境設計 344
11.7.1 元器件失效模式 345
11.7.2 耐環境設計方法 346
11.8 可靠性試驗 347
11.8.1 可靠性試驗方法 347
11.8.2 可靠性篩選種類 349
習題 352
參考文獻 353
第12章 表面組裝技術 354
12.1 表面組裝概述 354
12.2 表面組裝元器件及印刷電路板 355
12.2.1 表面組裝元器件 355
12.2.2 印刷電路板 356
12.3 表面組裝工藝材料 358
12.3.1 貼片膠 358
12.3.2 焊膏 359
12.4 表面組裝工藝 361
12.4.1 塗敷和貼片技術 363
12.4.2 自動焊接技術 363
12.5 表面組裝檢測技術 365
12.5.1 組裝工序檢測 366
12.5.2 常用的檢測方法 368
習題 375
參考文獻 376
附表
附表A 檢測項目和陪片設置 379
附表B 微電子封裝的主要類型 380