半導體製程技術導論(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 半導體
• 集成電路
• 製程工藝
• 微電子
• 芯片製造
• 材料科學
• 電子工程
• 工藝集成
• 設備工程
• 可靠性

本書譯自Hong Xiao(蕭宏) 原著「Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology」(第二版)，提供最新的半導體製程相關加工技術之介紹與各種加工原理之說明與應用，是半導體製程實務最為钜細靡遺的著作。本書適用於公私立大學、科大、技術學院，電子、電機、資工、機械係『半導體工程』、『半導體製程』、『半導體導論』課程使用。

本書特色

　　1.本書延續上一版，極完整的章節架構，並更新瞭各相關新技術。

　　2.本書的內容集中在最新的積體電路製程技術同時也兼顧較舊的技術以便讀者對積體電路製程技術的曆史發展有更完整的瞭解。

　　3.本書提供半導體製程相關加工技術之介紹與各種加工原理之說明與應用，使學生熟悉各種加工原理及其應用領域，以作為投入電子工業之基礎訓練課程。

好的，這是一份針對一本名為《半導體製程技術導論（第三版）》的書籍所撰寫的、內容詳盡且不涉及該書具體內容的簡介。 --- 電子器件製造前沿：新材料與集成電路製造工藝深度解析 導言 在當代科技浪潮中，電子信息産業無疑是驅動社會進步的核心力量。從智能手機到高性能計算集群，再到萬物互聯的物聯網，其背後都依賴於不斷微縮、性能提升的半導體芯片。然而，芯片的性能飛躍並非憑空産生，而是建立在對材料科學、物理學和精密工程的深刻理解之上。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，聚焦於驅動當前及未來電子器件發展的核心技術——先進電子材料的選取與應用，以及支撐這些材料實現復雜功能的高級製造工藝。 本書並非對現有成熟製程的簡單迴顧，而是將目光投嚮那些正在重塑行業格局的前沿領域。我們將探討半導體製造中不可或缺的幾個關鍵環節，它們構成瞭從矽基材料到復雜功能器件的橋梁。 --- 第一部分：前沿材料科學在電子製造中的應用 現代集成電路的性能瓶頸已不再僅僅是幾何尺寸的縮小，更在於材料自身的特性限製。本部分將深入剖析幾種對未來芯片設計至關重要的新興材料體係。 1.1 寬禁帶半導體（WBG）材料的突破與挑戰 隨著功率電子和高頻通信需求的爆炸式增長，傳統的矽基材料在高電壓、高溫環境下的局限性日益明顯。碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）作為典型的寬禁帶半導體材料，正成為下一代電力電子和射頻器件的首選。 我們將詳細考察這些材料的晶體生長特性，重點討論其在襯底製備過程中麵臨的缺陷控製難題，如微管、位錯的形成機製及其對器件可靠性的影響。此外，還將分析當前主流的材料外延生長技術（如MOCVD、HVPE）的工藝窗口、反應動力學，以及如何通過摻雜工程（如Si摻雜、Mg摻雜）精確調控其導電類型和歐姆接觸質量。對於GaN器件而言，如何在高品質藍寶石或SiC襯底上實現高質量異質結的構築，是實現高性能器件的關鍵。 1.2 2D材料及其在後摩爾時代的角色 石墨烯、二硫化鉬（MoS2）、黑磷等二維（2D）材料因其原子級的厚度、優異的載流子遷移率和獨特的電學、光學特性，被視為延續摩爾定律的潛在候選者。 本章將重點探討2D材料的轉移技術（Transfer Techniques）——如何將實驗室中製備的單層或少層材料，無損地轉移到目標襯底上，並保持其原始的電子性能。此外，我們還將討論如何構建穩定、低接觸電阻的金屬/2D材料接觸結構，以及基於這些材料的場效應晶體管（FETs）和光電器件的結構設計與性能優化策略。2D材料的工藝集成是當前研究的熱點，需要解決化學穩定性、大麵積製備均勻性等實際工程問題。 1.3 鐵電體與阻變存儲器（RRAM）材料 非易失性存儲技術是未來低功耗計算和存算一體化架構的核心。本部分將聚焦於新一代存儲器材料。對於鐵電隨機存儲器（FeRAM），重點將放在高性能鐵電薄膜（如HfO2基鐵電體）的沉積工藝優化，包括如何通過退火策略精確控製其晶相結構和極化翻轉特性。 對於阻變存儲器（RRAM），我們將分析不同導電橋接（CBRAM）或氧空位機製（VO2）材料體係（如TaOx, HfOx）的開關特性。製造過程中的薄膜沉積、電極選擇以及如何實現高開關比、低操作電壓和長久可靠性的挑戰將被深入闡述。 --- 第二部分：先進製造工藝的精度與創新 電子器件的集成度越高，對製造工藝的精度要求就越苛刻。本部分將聚焦於支撐前沿材料和納米結構實現所需的關鍵製造技術。 2.1 極紫外光刻（EUV Lithography）的技術壁壘與展望 光刻技術是決定芯片特徵尺寸的瓶頸。隨著節點進入7nm及以下，極紫外光刻（EUV）已成為主流。本書將側重於EUV製造中的獨特挑戰。 我們將分析高數值孔徑（High-NA）EUV係統的光學設計原理，以及對光刻膠（Photoresist）性能的嚴苛要求。EUV光刻膠的關鍵在於高敏感度、低綫邊粗糙度（LER）和高分辨率。內容將涵蓋化學放大機製的深入理解，以及在先進工藝中如何通過優化掩模版（Mask）的反射特性和缺陷檢測技術來保證圖案保真度。此外，光刻過程中的等離子體刻蝕（Plasma Etching）作為後續關鍵步驟，其選擇性和均勻性控製，特彆是對超深寬比結構（High Aspect Ratio, HAR）的側壁鈍化和損傷控製，將是重點討論的工程難題。 2.2 原子層沉積（ALD）在多層異質結構建中的應用 原子層沉積（ALD）以其優異的自限製性、極高的厚度均勻性和齣色的深孔填充能力，成為製造超薄、高質量薄膜的理想工具，尤其適用於對界麵敏感的器件。 本章將詳細剖析ALD的關鍵化學機理，包括不同前驅體（Precursor）的選擇（如金屬有機物、鹵化物）與反應性，以及反應溫度窗口（$T_{reactor}$）的確定。我們將探討如何利用ALD技術精確控製雙層甚至三層不同材料的周期性交替沉積，構建具有特定電學功能的異質結堆疊，例如在FinFET結構中實現高介電常數（High-k）柵氧化層與金屬柵極的完美界麵控製。ALD在製程中的殘留物清理、前驅體中毒效應的抑製，也是工程實踐中必須剋服的難點。 2.3 異質集成與先進封裝技術（Advanced Packaging） 隨著芯片尺寸接近物理極限，通過將不同功能的芯片（如邏輯、存儲、傳感器）在封裝層麵進行緊密連接（異質集成），成為提升係統性能的新途徑。 本部分將探討Chiplet架構下的關鍵互連技術。這包括倒裝芯片（Flip-Chip）技術中對微凸點（Micro-bump）材料的選擇與沉積、熱力學管理以及鍵閤工藝（如Thermo-compression Bonding）的精度控製。特彆是，我們將關注混閤鍵閤（Hybrid Bonding）技術，它依賴於極低錶麵粗糙度的晶圓錶麵接觸，實現納米級的互連。先進封裝對散熱設計提齣瞭更高要求，散熱材料的選擇（如高導熱界麵材料TIMs）和三維堆疊中的應力管理將是本書的重要組成部分。 --- 總結 本書聚焦於電子器件製造領域中那些推動技術邊界的“下一代”議題。它要求讀者具備紮實的半導體物理和材料基礎，並對當前的製造瓶頸有清晰的認知。通過對先進材料特性、精確薄膜沉積、高分辨率圖案化以及復雜三維集成的深入剖析，本書旨在培養讀者從材料選擇到工藝實現的係統性工程思維，為未來半導體創新奠定堅實的技術視野。 ---

第一章 導論 1
1.1 積體電路發展曆史 3
1.2 積體電路發展迴顧 14
1.3 本章總結 22
習題 22
參考文獻 22

第二章 積體電路製程介紹 25
2.1 積體電路製程簡介 26
2.2 積體電路的良率 26
2.3 無塵室技術 30
2.4 積體電路製程區間基本結構 38
2.5 積體電路測試與封裝 48
2.6 積體電路未來發展趨勢 55
2.7 本章總結 56
習題 57
參考文獻 58

第三章 半導體基礎 59
3.1 半導體基本概念 60
3.2 半導體基本元件 64
3.3 積體電路晶片 75
3.4 積體電路基本製程 79
3.5 互補式金屬氧化物電晶體 86
3.6 2000後半導體製程發展趨勢 90
3.7 本章總結 92
習題 93
參考文獻 93

第四章 晶圓製造 95
4.1 簡介 96
4.2 為什麼使用矽材料 96
4.3 晶體結構與缺陷 98
4.4 晶圓生産技術 101
4.5 磊晶矽生長技術 109
4.6 基闆工程 117
4.7 本章總結 121
習題 122
參考文獻 122

第五章 加熱製程 125
5.1 簡介 126
5.2 加熱製程的硬體設備 126
5.3 氧化製程 130
5.4 擴散製程 150
5.5 退火過程 155
5.6 高溫化學氣相沉積 159
5.7 快速加熱製程(RTP)係統 167
5.8 加熱製程發展趨勢 174
5.9 本章總結 176
習題 177
參考文獻 178

第六章 微影製程 179
6.1 簡介 180
6.2 光阻 181
6.3 微影製程 184
6.4 微影技術的發展趨勢 210
6.5 安全性 228
6.6 本章總結 229
習題 231
參考文獻 232

第七章 電漿製程 235
7.1 簡介 236
7.2 電漿基本概念 236
7.3 電漿中的碰撞 238
7.4 電漿參數 242
7.5 離子轟擊 247
7.6 直流偏壓 249
7.7 電漿製程優點 251
7-8 電漿增強化學氣相沉積及電漿蝕刻反應器 255
7.10 高密度電漿製程 260
7.11 本章總結 262
習題 263
參考文獻 263

第八章 離子佈植製程 265
8.1 簡介 266
8.2 離子佈植技術簡介 273
8.3 離子佈植技術硬體設備 281
8.4 離子佈植製程過程 290
8.5 安全性 304
8.6 離子佈植技術發展趨勢 306
8.7 本章總結 308
習題 309
參考文獻 310

第九章 蝕刻製程 311
9.1 蝕刻製程簡介 312
9.2 蝕刻製程基礎 314
9.3 濕式蝕刻製程 320
9.4 電漿(乾式)蝕刻製程 325
9.5 電漿蝕刻製程 338
9.6 蝕刻製程發展趨勢 357
9.7 蝕刻製程未來發展趨勢 359
9.8 本章總結 361
習題 362
參考文獻 362

第十章 化學氣相沉積與介電質薄膜 365
10.1 簡介 366
10.2 化學氣相沉積 368
10.3 介電質薄膜的應用 385
10.4 介電質薄膜特性 393
10.5 介電質CVD製程 406
10.6 塗佈鏇塗矽玻璃 420
10.7 高密度電漿CVD (HDP-CVD) 421
10.8 介電質CVD反應室清潔 424
10.9 製程發展趨勢與故障排除 428
10.10 化學氣相沉積製程發展趨勢 434
10.11 本章總結 441
習題 443
參考文獻 444

第十一章 金屬化製程 447
11.1 簡介 448
11.2 導電薄膜 450
11.3 金屬薄膜特性 464
11.4 金屬化學氣相沉積 472
11.5 物理氣相沉積 481
11.6 銅金屬化製程 493
11.7 安全性 499
11.8 本章總結 499
習題 501
參考文獻 502

第十二章 化學機械研磨製程 503
12.1 簡介 504
12.2 CMP硬體設備 514
12.3 CMP研磨漿 517
12.4 CMP基本理論 523
12.5 CMP製程過程 529
12.6 CMP製程發展趨勢 538
12.7 本章總結 539
習題 540
參考文獻 542

第十三章 半導體製程整閤 545
13.1 簡介 546
13.2 晶圓準備 546
13.3 隔離技術 548
13.4 井區形成 554
13.5 電晶體製造 557
13.6 金屬高k閘極MOS 561
13.7 互連技術 565
13.8 鈍化 574
13.9 總結 575
習題 575
參考文獻 576

第十四章 IC製程技術 577
14.1 簡介 578
14.2 上世紀80年代CMOS製程流程 578
14.3 上世紀90年代CMOS製程流程 582
14.4 2000年代CMOS製程流程 596
14.5 2010年代CMOS製程流程 615
14.6 記憶體晶片製造製程 627
14.7 本章總結 644
習題 645
參考文獻 646

第十五章 半導體製程發展趨勢和總結 649
參考文獻 656

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真的，這本《半導體製程技術導論(第三版)》對我來說簡直是及時雨！我平常在麵闆廠工作，雖然接觸到很多製程相關的操作，但說實話，很多原理性的東西，我都是模模糊糊的。特彆是近來公司在推新的高階製程，很多術語聽得我一愣一愣的。這本書就像一個非常耐心的老師，把那些復雜的物理化學反應、各種光刻、蝕刻、薄膜沉積的原理，都用一種相對容易理解的方式講清楚瞭。它沒有直接丟一堆公式在那裏，而是先從基礎的材料性質、原子層麵的交互作用開始講起，然後一步步引申到具體的工藝步驟。我特彆喜歡它對每種製程的優缺點、適用範圍的分析，這樣我纔能更清楚地知道為什麼我們公司會在某些環節選擇特定的技術，以及未來可能的發展方嚮。而且，書裏的圖示和流程圖都畫得很清晰，很多地方我甚至會一邊看書一邊對照自己工作中的實際情況，感覺茅塞頓開。雖然我還沒完全讀完，但感覺這本書在幫我建立一個紮實的理論基礎，讓我不再隻是一個操作工，而是能真正理解“為什麼”這樣做的工程師。

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這本書對我這個跨行的新手來說，真的是打開瞭一扇新世界的大門。我之前對半導體行業一直很好奇，但又覺得它特彆高深莫測，感覺離我很遙遠。偶然的機會看到這本《半導體製程技術導論(第三版)》，想說試試看能不能稍微瞭解一下。沒想到，它的入門門檻設定得恰到好處。它並沒有一開始就轟炸式的介紹那些晦澀難懂的化學方程式或物理定律，而是從半導體是什麼、為什麼它那麼重要開始說起，循序漸進地介紹各種基礎概念，比如PN結、MOSFET等等，這些都是最核心的東西。而且，它還在後麵詳細介紹瞭半導體製造的各個環節，從晶圓的製備到最終的封裝，每一個步驟都解釋得很清楚，還配有很多示意圖，讓我這個完全沒概念的人也能大緻明白整個流程是怎樣的。我最喜歡的部分是關於光刻技術的部分，它把不同代的光刻技術原理和發展趨勢都講得很明白，讓我對EUV等先進技術有瞭更直觀的認識。這本書沒有讓我感到壓力，反而激發瞭我進一步探索這個領域的興趣，感覺離我的“半導體夢”又近瞭一步。

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這本書帶給我的最大感受，就是它在“廣度”和“深度”之間找到瞭一個非常好的平衡點。作為一名在半導體設備廠工作多年的工程師，我接觸過各種與半導體設備相關的技術，但要我係統地講清楚整個製程，我可能也會有些環節說得不夠到位。這本《半導體製程技術導論(第三版)》正好彌補瞭我這方麵的不足。它從最上遊的矽片生長，到中遊的光刻、蝕刻、薄膜、擴散、離子注入，再到下遊的互連和封裝，幾乎覆蓋瞭半導體製造的每一個關鍵環節。而且，對於每一個環節，它都不僅僅是簡單介紹“是什麼”，而是深入到“為什麼”以及“如何做”。比如在介紹離子注入時，它會詳細講解不同能量、劑量、角度對摻雜分布的影響，以及如何控製這些參數來實現特定的器件性能。這種由淺入深、由宏觀到微觀的講解方式，讓我在閱讀過程中，能不斷地將書本知識與我實際接觸到的設備和技術進行對照和印證，感覺自己的知識體係得到瞭一個很好的整閤和提升。

评分☆☆☆☆☆

我之前在大學時期也接觸過半導體相關的課程，但當時感覺很多東西都很抽象，很難將理論和實際聯係起來。畢業工作後，雖然在半導體行業，但主要還是做一些市場分析或者銷售方麵的工作，對製程的瞭解一直是比較錶麵化的。這次偶然看到《半導體製程技術導論(第三版)》，想說再好好學習一下，結果真的讓我驚喜。這本書的語言風格非常學術化，但也充滿瞭邏輯性，它不會刻意去迎閤大眾讀者，而是把最核心、最前沿的技術內容呈現齣來。它在很多章節都引用瞭最新的研究成果和技術進展，比如在先進邏輯器件的製程方麵，它就詳細介紹瞭 FinFET、GAA 這些新一代晶體管結構是如何實現的，以及相關的製程挑戰。這種內容的前沿性，讓我感覺這本書不僅僅是一本“導論”，更是一本能夠引導我去瞭解行業未來發展方嚮的參考書。雖然有些地方我可能還需要反復閱讀纔能完全理解，但它確實提供瞭一個非常好的平颱，讓我能夠更深入地接觸到半導體製程最精密的知識。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我買這本《半導體製程技術導論(第三版)》的初衷，是想找一本能幫我梳理一下過去幾年工作中遇到的各種製程問題。我自己在封裝廠工作，經常會遇到良率下降、或者某些特殊材料處理上的瓶頸。這本書的內容，雖然是介紹整個半導體製程，但它對很多關鍵工藝的細節都有相當深入的探討，比如在薄膜沉積的部分，它不僅講瞭CVD、PVD這些基本原理，還詳細分析瞭不同前驅體、工藝參數對薄膜厚度均勻性、化學成分、以及應力的影響。這對我理解為什麼某個批次的薄膜性能不穩定，提供瞭很好的思路。另外，在蝕刻工藝的章節，它對乾式蝕刻和濕式蝕刻的機理，以及等離子體的特性，都有非常細緻的描述，這對我排查蝕刻過程中的缺陷，比如側壁過度侵蝕或者底部不均勻，非常有幫助。這本書沒有迴避那些復雜的技術細節，但它的敘述方式很有條理，能讓有一定基礎的讀者快速抓住重點，並從中找到解決實際問題的綫索。