微電子制造科學原理與工程技術（英文版）

Contents                  
 Parf I Overview and Materials 1                  
 Chupte 1  An Introduction to Microelectronic Fabrication  3                  
      1.1 Microelecuonic Technologies: A Simple Example 5                  
      1.2 Unit Processes and Technologies 7                  
      1.3 A Roadmap for the Course 8                  
      1.4 Summary 9                  
 Chaptcr 2 Semiconductor Substrates 10                  
      2.1 Phase Diagrams and Solid Solubility° 10                  
      2.2 Crystallography and Crystal Structure°  13                  
      2.3 Crystal Defects  16                  
      2.4 Czochralski Growth  21                  
      2.S Bridgman Growth of GaAs 29                  
      2.6 Float Zone Growth 30                  
      2.7 Wafer Preparation and Specifications 31                  
      2.8 Summary and Future Trends 33                  
      Problems  33                  
      References   34                  
 Part II  Unit Process I: Hot Processing                   
          and lon lmplantation  37                  
 Chapter 3 Oinusion 39                  
      3.1 Fick' s Diffusion Equation in One Dimension 39                  
      3.2 Atomistic Models of Diffusion  41                  
      3.3 Analytic Solutions of Fick's Law 45                  
      3.4 Conections to Simple Theory 47                  
      3.5 Diffusion Coefficients for Common Dopants 48                  
      3.6 Analysis of Diffused Profiles 52                  
      3.7 Diffusion in SiO2 59                  
      3.8 Diffusion Systems 60                  
      3.9 SUPREM Simulations of Diffusion Profies 61                  
      3.10 Summary 64                  
           Problems 64                  
           References 65                  
 Chapter 4 Thermal Oxidation 68                  
      4.1 The Deal-Grove Model of Oxidation 68                  
      4.2 The Linear and Parabolic Rate Coefficients 71                  
      4.3 The Initial Oxidation Regime 75                  
      4.4 The Structure of SiO2 76                  
      4.5 Oxide Characterization 77                  
      4.6 The Effects of Dopants during Oxidation and Polysilicon                  
          Oxidation  83                  
      4.7 Oxidation-Induced Stacking Faults 86                  
      4.8 Altemative Gate Insulators+ 88                  
      4.9 Oxidation Systems 90                  
      4.10 SUPREM Oxidations+ 92                  
      4.11 Summary 93                  
           Ptoblems 94                  
           References 95                  
 Chapter 5 Ion Implantation  98                  
      5.1 Idealized Ion Implantation Systems 99                  
      5.2 Coulomb Scattering° 104                  
      5.3 Venical Ptojected Range 105                  
      S.4 Channeling and Lateral Projected Range  110                  
      5.5 Implantation Damage 112                  
      S.6 Shallow Junction Formation+  116                  
      5.7 Buried Dielecuics+  118                  
      5.8 Ion Implantation Systems: Problems and Concerns 120                  
      5.9 Implanted Profiles Using SUPREM+ 122                  
      5.10  Summary 123                  
            Problems 123                  
            References 124                  
 Chapter 6 Rapid Thermal Processing 127                  
      6.1 Gray Body Radiation, Heat Exchange, and Optical Absorption°  128                  
      6.2 High-Intensity Optical Sources and Chamber Design 130                  
      6.3 Temperature Measurement  133                  
      6.4 Thermoplastic Stress°  137                  
      6.5 Rapid Thermal Activation of Impurities  138                  
      6.6 Rapid Thermal Processing of Dielectrics  140                  
      6.7 Silicidation and Contact Formation 141                  
      6.8 Alternative Rapid Thermal Processing Systems  142                  
      6.9 Summary  143                  
          Problems  143                  
          References   144                  
 Part III Unit Processes 2:                  
          Pattern Transfer  149                  
 Chapter 7 Optical Lithography 151                  
      7.1 Lithography Overview 151                  
      7.2 Diffraction°  155                  
      7.3 The Modulation Transfer Function and Optical Exposures  158                  
      7.4 Source Systems and Spatial Coherence 159                  
      7.5 Contact/Proximity Printers  165                  
      7.6 Projection Printers  167                  
      7.7 Advanced Mask Concepts+ 172                  
      7.8 Surface Reflections and Standing Waves 176                  
      7.9 Alignment  178                  
      7.10 Summary  179                  
           Problems  180                  
           References  180                  
 Chapter 8 Photoresists 183                  
      8.1 Photoresist Types  183                  
      8.2 Organic Materials and Polymers° 184                  
      8.3 Typical Reactions of DQN Positive Photoresist  186                  
      8.4 Contrast Curves  187                  
      8.5 The Critical Modulation Transfer Function  190                  
      8.6 Applying and Developing Photoresist 191                  
      8.7 Second-Order Exposure Effects  195                  
      8.8 Advanced Photoresists and Photoresist Processes+  196                  
      8. 9 Summary 200                  
           Problems 200                  
           References 202                  
 Chapter 9 Nnnnptical Lithngraphic Techniques+  205                  
      9.1 Interactions of High-Energy Beams with Matter° 205                  
      9.2 Direct Write Electron Beam Lithography Systems  208                  
      9.3 Direct Write Electron Beam Lithography Summary and Outlook  214                  
      9.4 X-Ray Sources° 216                  
      9.5 Proximity X-Ray Exposure Systems 219                  
      9.6 Membrane Masks 221                  
      9.7 Projection X-Ray Lithography 224                  
      9.8 Projection Electron-Beam Lithography (SCALPEL) 225                  
      9.9 E-Beam and X-Ray Resists 227                  
      9.10 Radiation Damage in MOS Devices 228                  
      9.11 Summary 230                  
           Problems 231                  
           References 231                  
 Chapter 10 Vaeuum Science and Plasmas 236                  
      10.1 The Kinetic Theory of Gasses° 236                  
      10.2 Gas Row and Conductance 239                  
      10.3 Ptessure Ranges and Vacuum Pumps 240                  
      10.4 Vacuum Seals and Pressure Measurement 247                  
      10.5 The DC Glow Discharge° 249                  
      10.6 RF Discharges 251                  
      10.7 High-Density Plasmas 252                  
      10.8 Summary 255                  
           Problems 255                  
           References 256                  
 Chapter 11 Etching 258                  
      11.1 Wet Etching 259                  
      11.2 Chemical Mechanical Polishing 264                  
      11.3 Basic Regimes of Plasma Etching 266                  
      11.4 High-Pressure Plasma Etching 267                  
      11.5 Ion Milling 274                  
      11.6 Reactive lon Etching 277                  
      11.7 Damage in Reactive lon Etching+ 281                  
      11.8 High-Density Plasma (HDP) Etching 282                  
      11.9 Liftoff 283                  
      11.10 Summary 285                  
            Problems 2S5                  
            References 286                  
 Part IV Unit Processes 3: Thin Films 293                  
 Chapter 12 Physical Deposition: Evaporation                  
            and Sputtering  295                  
      12.1 Phase Diagrams: Sublimation and Evaporation° 296                  
      12.2 Deposition Rates 297                  
      12.3 Step Coverage 301                  
      12.4 Evaporator Systems: Crucible Heating Techniques 302                  
      12.3 Multicomponent Films 304                  
      12.6 An Introduction to Sputtering 305                  
      12.7 Physics of Sputtering° 306                  
      12.8 Deposition Rate: Spuner Yield 308                  
      12.9 High-Density Plasma Sputtering 310                  
      12.10 Morphology and Step Coverage  312                  
      12.11 Sputtering Methods   315                  
      12.12 Sputtering of Specific Materials 317                  
      12.13 Stress in Deposited Layers 319                  
      12.14 Sommary 320                  
            Problems 321                  
            References 322                  
 Chapter 13 Ghemical Vapnr Deposition 326                  
      13.1 A Simple CVD System for the Deposition of Silicon 326                  
      13.2 Chemical Equilibrium and the Law of Mass Action° 328                  
      13.3 Gas Flow and Boundary Layers° 331                  
      13.4 Evaluation of the Simple CVD System 336                  
      13.S Atmospheric CVD of Dielecuics 337                  
      13.6 Low-Pressure CVD of DielecRics and Semiconductors                  
           in Hot Wall Systems 339                  
      13.7 Plasma-Enhanced CVD of Dielectrics 343                  
      13.8 Metal CVD+ 347                  
      13.9 Summary 350                  
           Problems 350                  
           References 351                  
                   
 Chapter 14 Epitaxial Growth 355                  
      14.1 Wafer Cleaning and Native Oxide Removal 356                  
      14.2 The Thermodynamics of Vapor-Phase Growth 360                  
      14.3 Surface Reactions 364                  
      14.4 Dopant Incorporation 365                  
      14.3 Defects in Epitaxial Growth 366                  
      14.6 Selective Growth+ 368                  
      14.7 Halide Transport GaAs Vapor-Phase Epitaxy 369                  
      14.8 Incommensurate and Strained Layer Heteroepitaxy 370                  
      14.9 Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) 373                  
      14.10 Advanced Silicon Vapor-Phase Epitaxial Growth Techniques 378                  
      14.11 Molecular Beam Epitaxy Technology 381                  
      14.12 BCF Tleory+ 386                  
      14.13 Gas Source MBE and Chemicat Beam Epitaxy+ 391                  
      14.14 Summary 392                  
            Problems 392                  
            References 393                  
 Part V Process Integration 399                  
 Chapter 15 Device Isolation, Contacts, and Metallization 401                  
      15.1 Junction and Oxide Isolation 401                  
      15.2 LOCOS Methods 404                  
      15.3 Trench Isolation 407                  
      15.4 Silicon on Insulator Isolation Techniques 411                  
      15.S Semi-insulating Substrates 412                  
      15.6 Schottky Contacts 414                  
      15.7 Implanted Ohmic Contacts 418                  
      15.8 Alloyed Contacts 421                  
      15.9 Multilevel Metallization 423                  
      15.10 Planarization and Advanced Interconnect 428                  
      15.11 Summary 432                  
            Problems 433                  
           References 434                  
 Chapter 16 CMOS Technoiogies 439                  
      16.1 Basic Long-Channel Device Behavior 439                  
      16.2 Early MOS Technologies 441                  
      16.3 The Basic 3-um Technology 442                  
      16.4 Device Scaling 447                  
      16.5 Hot Carrier Effects and Drain Engineering 455                  
      16.6 Processing for Robust Oxides 458                  
      16.7 Latchup 459                  
      16.8 Shallow Source/Drains and Tailored Channel Doping 461                  
      16.9 Summary 464                  
           Problems 464                  
           References 466                  
 Chapter 17 GaAs Technologies 471                  
      17.1 Basic MESFET Operation  471                  
      17.2 Basic MESFET Technology 472                  
      17.3 Digital Technologies 474                  
      17.4 MMIC Technologies 478                  
      17.5 MODFETs 480                  
      17.6 Optoelectronic Devices 482                  
      17.7 Summary 484                  
           Problems 484                  
           References 485                  
 Chapter 18 Silicon Bipolar Technologies 488                  
      18.1 Review of Bipolar Devices: Ideal and Quasiideal Behavior 488                  
      18.2 Second-Order Effects 489                  
      18.3 Performance of BJTs 491                  
      18.4 Early Bipolar Processes 494                  
      18.5 Advanced Bipolar Processes 495                  
      18.6 Hot Electron Effects in Bipolar Transistors 504                  
      18.7 BiCMOS 504                  
      18.8 Analog Bipolar Technologies 507                  
      18.9 Summary 508                  
           Problems 508                  
           References 510                  
 Chapter 19 MEMS 514                  
      19.1 Fundamentals of Mechanics 515                  
      19.2 Stress in Thin Films 517                  
      19.3 Mechanical to Electrical Transduction 518                  
      19.4 Mechanics of Common MEMS Devices 523                  
      19.5 Bulk Micromachining Etching Techniques 527                  
      19.6 Bulk Micromachining Process Flow 535                  
      19.7 Surface Micromachining Basics 540                  
      19.8 Surface Micromachining Process now 544                  
      19.9 MEMs Actaators 546                  
      19.10 High-Aspect Ration Microsystems Technology (HARMST) 551                  
      19.11 Summary 553                  
            Problems 554                  
            References 557                  
 Chapter 20 Integrated Circuit Manufacturing 559                  
      20.1 Yield Prediction and Yield Tracking 560                   
      20.2 Particle Control 565                  
      20.3 Statistical Process Control 567                  
      20.4 Full Factorial Experiments and ANOVA 569                   
      20.5 Design of Experiments 571                  
      20.6 Computer Integrated Mallufacturing 575                  
      20.7 Summary 577                  
          Problems 578                  
          References 578                  
 Appendix I. Acronyms and Gnmmon Symbols 580                  
 Appendix II. Prnperties of Selected                  
              Semiconductor Materials 585                  
 Appendix III. Physical Constants 586                  
 Appendix IV. Conversinn Factors 588                  
 Appeudix V. Some Propenies of the Error Funetion 581                  
 Appeudix VI. F Values 585                  
 Appendix VII. SUPREM Commands 587                  
               index 599