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0 绪论1

0.1 半导体工业的发展1

0.2 硅单晶材料的重要性2

0.3 中国半导体工业的崛起3

1 硅单晶及硅化合物的化学性质7

1.1 硅及硅单晶的化学性质7

1.2 硅的重要化合物及其性质9

1.2.1 二氧化硅9

1.2.2 一氧化硅10

1.2.3 硅的硫化物10

1.2.4 氮化硅10

1.2.5 硅酸盐11

1.2.6 硅的卤化物13

1.2.7 硅的氢化物15

1.2.8 玻璃17

1.2.9 胶体20

1.3 IC制程中的二氧化硅28

1.3.1 氧化膜的制备28

1.3.2 磷硅玻璃(PSG)钝化膜30

1.3.3 掺氯氧化32

1.3.4 IC制程中氧化层相关问题41

1.4 IC制程中的氮化硅钝化膜41

1.4.1 化学气相淀积原理42

1.4.2 其他制备氮化硅膜的方法43

参考文献44

2 硅单晶的加工成形技术45

2.1.1 切割分段45

2.1.2 滚磨46

2.1.3 晶面定位46

2.2 切片46

2.2.2 结晶定位47

2.2.3 切片47

2.2.1 晶片黏着47

2.3 倒角49

2.4 磨片50

2.4.1 研磨设备：双面研磨机50

2.4.2 研磨的操作52

2.4.3 磨料53

2.4.4 磨削液53

2.5 硅单晶研磨片的清洗57

2.5.1 硅片清洗的重要性57

2.5.2 关于环保问题58

2.5.3 国内外硅单晶研磨片的清洗进展状况58

2.5.4 硅片清洗原理及基本概况59

2.6 腐蚀60

2.6.1 酸性腐蚀60

2.6.2 碱性腐蚀62

2.6.3 酸性腐蚀与碱性腐蚀的比较62

2.7 展望63

参考文献64

3 超大规模集成电路硅衬底的抛光65

3.1 硅衬底的边缘抛光65

3.2 IC中硅衬底的表面抛光67

3.2.1 抛光设备67

3.2.2 抛光的动力学过程和机理68

3.2.3 影响抛光速率及抛光片表面质量的因素69

3.3 抛光液72

3.3.1 碱的选择73

3.3.2 活性剂的选择74

3.4 抛光硅片表面质量与抛光工艺技术74

3.5 展望77

参考文献77

4 外延技术79

4.1 硅外延技术在IC发展中的作用79

4.2.1 硅气相外延设备83

4.2 硅气相外延设备与基本化学反应83

4.2.2 硅气相外延的基本化学反应86

4.3 外延生长动力学87

4.3.1 外延生长速率υ与反应剂浓度Y的关系88

4.3.2 两种极限生长情况及反应温度T对生长速率v的影响89

4.3.3 气体流速与硅片位置对生长速率的影响90

4.4 外延层中杂质浓度的分布92

4.4.1 掺杂原理92

4.4.2 扩散效应93

4.4.3 自掺杂效应94

4.5 硅烷热分解法外延与选择外延96

4.5.1 硅烷热分解法外延96

4.5.2 选择外延97

4.6 外延层的缺陷98

4.6.1 外延层缺陷种类及其成因分析98

4.7.1 概述103

4.7.2 理论分析103

4.6.2 外延层缺陷检验方法103

4.7 硅CVD外延自掺杂效应的分析研究103

4.8 硅外延片滑移线产生因素的实验研究106

4.8.1 理论分析106

4.8.2 实验与结果107

4.8.3 关于实验结果的讨论109

4.9 硅外延生长的工艺优化——反向补偿法109

4.9.1 概述109

4.9.2 理论分析110

4.9.3 实验与结果111

4.9.4 结论112

4.10 外延片夹层的测试113

4.10.1 外延片中的夹层113

4.10.2 夹层的检测113

4.11.1 基本原理114

4.11 三探针电压击穿法测外延层电阻率114

4.11.2 测量线路和装置116

4.11.3 测试步骤117

4.11.4 测试注意事项117

4.11.5 测量精度118

4.12 电容——电压法测硅外延层纵向杂质分布118

4.12.1 测试的基本原理119

4.12.2 用高频Q表的测试方法和测试电路121

4.12.3 测试步骤122

4.12.4 测试数据的处理与杂质浓度的测定123

4.12.5 测试条件与注意事项124

4.12.6 利用C-V测试仪和汞探针测外延片杂质浓度简介124

4.13 二次谐波法测外延层杂质浓度126

4.13.1 基本原理126

4.13.2 测试电路及其工作原理128

4.13.3 仪器的定标129

4.13.4 测试注意事项131

4.14 外延层厚度的测量132

4.14.1 层错法132

4.14.2 红外干涉法133

4.15 小结与展望135

参考文献136

5 ULSI多层布线全局平坦化138

5.1 平坦化方法和化学机械抛光139

5.1.1 几种平坦化技术及其用途139

5.1.2 化学机械抛光139

5.2 介质化学机械抛光145

5.2.1 概述145

5.2.2 介质化学机械抛光的机理分析146

5.2.3 CMP浆料的成分及影响因素147

5.2.4 抛光垫的性质和作用151

5.2.5 介质绝缘膜的填充及其设备153

5.2.6 终点检测与CMP后的清洗155

5.2.7 介质CMP应用实例——逻辑ULSI层间绝缘膜的CMP156

5.2.8 小结157

5.3 铝布线与多层金属化CMP158

5.3.1 布线工艺原理158

5.3.2 插塞技术160

5.4 铜布线及CMP技术164

5.4.1 铜布线工艺165

5.4.2 铜布线CMP抛光液167

5.4.3 一种新型的碱性抛光液169

5.4.4 有机碱的选择171

5.4.5 多层布线铜CMP动力学研究172

5.4.6 小结174

参考文献175

6.1.1 清洗技术的发展阶段178

6.1.2 颗粒问题178

6.1 概述178

6 集成电路中的清洗178

6.1.3 有机物问题180

6.1.4 离子问题181

6.2 晶片清洗的基本理论及方法181

6.2.1 硅片的表面状态与洁净度182

6.2.2 晶片清洗的基本环境与设施182

6.2.3 吸附理论182

6.2.4 硅片表面沾污杂质的来源和分类183

6.2.5 晶片清洗的原理及方法184

6.3 颗粒吸附状态分析及优先吸附模型185

6.3.1 颗粒吸附状态185

6.3.2 优先吸附模型186

6.4 表面活性剂188

6.4.1 表面活性剂的作用机理188

6.4.2 活性剂结构与性质的影响189

6.4.3 常用表面活性剂简介189

6.5.1 湿法化学清洗技术190

6.5 硅片清洗的常用方法与技术190

6.5.2 湿法清洗的化学品193

6.5.3 干法化学清洗技术193

6.5.4 束流清洗技术194

6.5.5 替代清洗技术194

6.6 清洗设备的结构199

6.6.1 自动化学酸槽洗净系统结构200

6.6.2 喷洗式单槽洗净系统结构200

6.6.3 密闭容器洗净系统结构200

6.7 溶液清洗技术的研究现状200

6.7.1 关于RCA清洗效果的研究200

6.7.2 关于污染物的形成机理与动力学研究201

6.7.3 关于微观粗糙化的研究201

6.7.4 关于兆频超声作用的研究202

6.7.6 溶液清洗技术的问题与发展方向202

6.8 兆声清洗技术203

参考文献205

7 硅单晶衬底及相关材料的物理性质207

7.1 能带理论209

7.2 半导体211

7.2.1 本征半导体211

7.2.2 非本征半导体211

7.2.3 半导体的电导率与温度的关系214

7.3 硅单晶的光学性质215

7.3.1 折射指数与反射率215

7.3.2 单晶对光的吸收216

7.3.3 光电效应217

7.4 硅单晶的热性质218

7.4.1 硅单晶的热膨胀218

7.4.2 硅单晶的热传导220

7.4.3 硅单晶的热应力效应223

7.5.2 弹性与塑性行为226

7.5 硅的机械性质226

7.5.1 机械应力与应变226

7.5.3 机械性质与塑性变形227

7.5.4 翘曲229

参考文献229

8 硅单晶中的缺陷及其对器件的危害231

8.1 硅单晶中的点缺陷232

8.1.1 点缺陷的生成理论232

8.1.2 微缺陷的生成及其影响因素233

8.1.3 氧沉淀234

8.2 硅单晶中的线缺陷（位错）237

8.2.1 位错的基本组态——刃型位错和螺型位错238

8.2.2 位错的密度与分布240

8.3 硅单晶中的面缺陷（界面）242

8.3.1 晶界与层错242

8.3.2 氧化层错243

参考文献246

9 硅单晶性质的检测设备与技术251

9.1 硅单晶缺陷的检测251

9.1.1 选择性腐蚀的原理252

9.1.2 电化学腐蚀条件及其反应252

9.1.3 影响半导体单晶化学腐蚀速度的各种因素254

9.1.4 电化学腐蚀在半导体技术中的应用256

9.1.5 一些较重要的半导体腐蚀剂及其适用范围256

9.1.6 光学显微镜的应用262

9.2 导电类型的测量263

9.2.1 导电类型的测量方法263

9.2.2 测准条件的分析265

9.3 电阻率的测量266

9.3.1 两探针法267

9.3.2 四探针法267

9.3.3 涡电流法270

9.3.4 扩展电阻探针法271

9.3.5 C-V法273

9.4 单晶晶向的检测275

9.4.1 晶体取向与硅半导体工艺之间的关系275

9.4.2 检测方法277

9.5 氧浓度的测量281

9.5.1 测量原理281

9.5.2 红外光谱仪282

9.5.3 测试工艺和方法284

9.5.4 测准条件和误差分析285

9.6 非平衡少数载流子寿命的测量285

9.6.1 概述285

9.6.2 少子寿命的测试方法286

9.7 超微量分析技术290

9.7.1 感应耦合等离子谱仪291

9.7.2 石墨炉原子吸收光谱仪292

9.7.4 X射线电子能谱仪XPS293

9.7.3 全反射X射线荧光光谱仪293

9.7.5 X射线形貌测试仪294

9.7.6 扫描探针显微镜——原子力显微镜295

9.7.7 俄歇电子能谱仪297

9.7.8 扫描电子显微镜297

9.7.9 透射电子显微镜299

9.7.10 其他分析仪器简介301

参考文献302

附录1 硅单晶片材料及半导体工业常用名词的解释303

附录2 硅在300K的物理常数309

附录3 物理基本常数310

附录4 长度单位转换表310

附录5 压力单位转换表310

附录6 能量单位转换表311

附录7 力单位转换表311