半导体集成电路制造手册(第二版) 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书是一本综合性很强的半导体集成电路制造方面的参考手册，由70多位 专家撰写，并在其前一版的基础上进行了全面的修订与 新。本书内容涵盖集成电路芯片、MEMS、传感器和其他电子器件的设计与制造过程，相关技术的基础知识和实际应用，以及对生产过程的计划、实施和控制等运营管理方面的考虑。第二版新增了物联网、工业物联网、数据分析和智能制造等方面的内容，讨论了半导体制造基础、前道和后道工序、柔性复合电子技术、气体和化学品及半导体工厂的操作、设备和设施的完整细节。

目 录

部分 半导体制造基础

第1章 可持续性的半导体制造――物联网及人工智能的核心2

1.1 引言2

1.2 摩尔定律2

1.2.1 FinFET扩展了摩尔定律3

1.3 集成电路与设计3

1.4 微芯片的制造方法4

1.4.1 晶圆制造5

1.4.2 前道工序处理5

1.4.3 后道工序处理8

1.5 技术9

1.5.1 IoT、IIoT和CPS9

1.5.2 物联网要素系统或组织结构9

1.5.3 物联网生态系统或使用者10

1.5.4 物联网分类系统或合作伙伴10

1.6 数据分析与人工智能10

1.7 半导体的可持续性11

1.8 结论12

1.9 参考文献13

1.10 扩展阅读15

第2章 纳米技术和纳米制造：从硅基到新型碳基材料及其他材料17

2.1 引言17

2.2 什么是纳米技术17

2.3 为什么纳米技术如此重要17

2.4 纳米技术简史18

2.5 纳米尺度制造的基本方法19

2.6 纳米计量技术24

2.7 纳米技术制造25

2.8 应用和市场25

2.9 影响力和管理26

2.10 结论26

2.11 参考文献27

2.12 扩展阅读31

第3章 FinFET的基本原理和纳米尺度硅化物的新进展32

3.1 引言32

3.2 FinFET的基本原理32

3.3 纳米尺度硅化物的新进展35

3.3.1 引言35

3.3.2 纳米尺度FinFET的硅化物接触技术36

3.3.3 Si纳米线中硅化物的外延生长42

3.4 结论51

3.5 参考文献51

第4章 微机电系统制造基础：物联网新兴技术54

4.1 微机电系统和微系统技术的定义54

4.2 微系统技术的重要性54

4.3 微系统技术基础55

4.3.1 微传感器技术55

4.3.2 微驱动器技术56

4.3.3 用于微系统的材料57

4.3.4 MEMS的设计工具58

4.4 MEMS制造原理58

4.4.1 前段微机械制造工艺58

4.5 展望67

4.6 结论68

4.7 参考文献68

4.8 扩展阅读70

第5章 高性能、低功耗、高可靠性三维集成电路的物理设计71

5.1 引言71

5.1.1 晶体管缩小的根本限制因素71

5.1.2 导线互连的延迟和功耗的上升72

5.1.3 什么是三维芯片72

5.2 三维芯片的设计流程73

5.3 三维芯片的物理设计面临的挑战73

5.3.1 三维布局问题73

5.3.2 三维时钟树74

5.3.3 三维热管理74

5.3.4 三维电源管理74

5.3.5 三维芯片的可靠性问题75

5.4 三维芯片的物理设计方案76

5.4.1 三维布局算法76

5.4.2 三维时钟树综合76

5.4.3 三维芯片的散热方案77

5.4.4 三维芯片的电源网络设计77

5.4.5 三维电路的可靠性预测和优化78

5.5 结论和展望78

5.6 参考文献79

第二部分 前 道 工 序

第6章 外延生长84

6.1 引言84

6.1.1 外延生长基础84

6.1.2 生长技术和设备85

6.1.3 分子束外延85

6.1.4 化学气相沉积87

6.1.5 化合物半导体的MOCVD工艺88

6.1.6 外延工艺：概述88

6.1.7 氮化镓(GaN)的MOCVD工艺91

6.1.8 GaN外延层材料的表征和分析93

6.1.9 外延制造96

6.1.10 管理程序96

6.2 安全和环境健康97

6.3 展望97

6.4 结论98

6.5 参考文献98

6.6 扩展阅读99

第7章 热处理工艺――退火、RTP及氧化100

7.1 引言100

7.2 热处理100

7.2.1 热输运100

7.2.2 退火103

7.2.3 扩散103

7.2.4 致密回流104

7.2.5 硅化物105

7.2.6 钝化105

7.2.7 缺陷105

7.3 快速热处理106

7.3.1 RTP装置106

7.3.2 辐射性107

7.3.3 加工效应107

7.4 氧化107

7.4.1 硅蚀坑109

7.4.2 SiO2薄膜质量109

7.4.3 湿氧氧化方法109

7.4.4 激子氧化109

7.4.5 缺陷110

7.5 制造要点111

7.5.1 拥有成本111

7.5.2 统计过程控制111

7.5.3 良率112

7.6 结论112

7.7 致谢112

7.8 参考文献113

7.9 扩展阅读114

第8章 光刻工艺115

8.1 光刻工艺115

8.1.1 衬底准备115

8.1.2 光刻胶旋涂116

8.1.3 涂胶后烘烤116

8.1.4 对准和曝光117

8.1.5 曝光后烘烤118

8.1.6 显影119

8.2 光学光刻中图像的形成119

8.2.1 衍射120

8.2.2 成像121

8.2.3 部分相干性122

8.2.4 像差与失焦123

8.2.5 浸没式光刻124

8.3 光刻胶化学125

8.3.1 曝光反应动力学125

8.3.2 化学增强胶125

8.3.3 溶解127

8.4 线宽控制129

8.5 套刻控制131

8.6 光学光刻的限制131

8.7 扩展阅读134

第9章 刻蚀工艺135

9.1 引言135

9.2 湿法刻蚀136

9.2.1 硅的各向 湿法刻蚀136

9.2.2 硅的各向异性湿法刻蚀137

9.2.3 氧化硅和氮化硅的湿法刻蚀138

9.2.4 金属薄膜湿法刻蚀138

9.3 干法刻蚀138

9.3.1 基本等离子刻蚀系统138

9.3.2 等离子体刻蚀机制140

9.3.3 干法刻蚀系统141

9.3.4 与干法刻蚀有关的问题143

9.3.5 硅、氧化硅和氮化硅的干法刻蚀144

9.3.6 III-V族半导体的刻蚀145

9.3.7 其他材料的刻蚀145

9.4 结论146

9.5 致谢146

9.6 参考文献146

9.7 扩展阅读147

0章 离子注入148

10.1 综述148

10.1.1 离子注入定义148

10.1.2 历史148

10.1.3 离子注入设备基本部件148

10.2 现代离子注入设备综述149

10.2.1 大束流注入机150

10.2.2 中束流注入机150

10.2.3 高能注入机151

10.3 离子注入应用152

10.3.1 应用范围152

10.3.2 工艺挑战和测量154

10.4 展望154

10.5 参考文献155

1章 物理气相沉积158

11.1 使用动机和关键属性158

11.2 PVD工艺的基本原理158

11.3 真空蒸发159

11.4 蒸发设备161

11.4.1 余弦定律162

11.5 蒸发沉积层及其性质162

11.6 溅射163

11.6.1 定义163

11.6.2 原理164

11.6.3 薄膜的微观结构与力学性能164

11.7 溅射设备165

11.7.1 直流溅射166

11.7.2 高频射频溅射167

11.7.3 自偏压效应167

11.7.4 偏压溅射167

11.7.5 反应溅射168

11.7.6 磁控溅射169

11.7.7 溅射系统的布局和部件169

11.8 溅射沉积层171

11.8.1 台阶覆盖171

11.8.2 脉冲激光沉积172

11.8.3 结论和展望173

11.9 参考文献173

2章 化学气相沉积174

12.1 引言174

12.1.1 同相成核和异相成核174

12.1.2 各种类型的CVD175

12.1.3 结论178

12.2 发展历程178

12.2.1 硅基微电子和其他领域中的CVD应用178

12.2.2 其他材料179

12.3 保形CVD薄膜及无空隙填充179

12.3.1 基本问题179

12.3.2 台阶覆盖率180

12.3.3 表面反应概率β181

12.4 热力学和动力学分析181

12.4.1 热力学机制181

12.4.2 动力学机制182

12.5 展望未来：新兴电子材料182

12.5.1 二维材料182

12.5.2 氧化物和氮化物薄膜183

12.5.3 结论184

12.6 参考文献184

3章 原子层沉积191

13.1 引言191

13.1.1 ALD的基本原理192

13.2 ALD的主要商业应用192

13.3 ALD在前沿半导体制造中的应用193

13.4 ALD的发展过程193

13.4.1 建立温度窗口193

13.4.2 确保足够的反应物输运到表面193

13.4.3 确保对反应区域进行充分的吹扫或抽离194

13.5 选择合适的ALD前驱体和反应物194

13.6 硬件和流程的创新以提高ALD的生长速率195

13.7 ALD过程中等离子体的应用195

13.8 ALD过程中的硬件要求196

13.9 原子层化学沉积的逆向过程：原子层刻蚀196

13.10 参考文献196

13.11 扩展阅读197

4章 电化学沉积198

14.1 引言198

14.2 ECD的基本原理198

14.2.1 电解沉积198

14.2.2 无电沉积200

14.3 电化学沉积的应用201

14.3.1 铜互连201

14.3.2 硅通孔202

14.3.3 透膜电镀203

14.3.4 无电沉积204

14.4 展望205

14.5 结论205

14.6 参考文献206

5章 化学机械抛光基础207

15.1 引言207

15.2 如何理解化学机械抛光基础的重要性207

15.3 化学机械抛光的诞生208

15.4 抛光和平坦化209

15.5 化学机械抛光工艺流程209

15.6 化学机械抛光工艺原理210

15.7 化学机械抛光耗材211

15.7.1 抛光液211

15.7.2 抛光垫214

15.7.3 抛光垫调节器215

15.8 化学机械抛光与互连216

15.9 化学机械抛光后道清洗217

15.9.1 过滤器218

15.9.2 工艺设备218

15.10 结论219

15.11 致谢219

15.12 参考文献219

6章 AFM计量222

16.1 引言222

16.2 计量：基础和原理223

16.2.1 测量系统的性能指标223

16.2.2 新的测量系统指标和Fleet测量不确定度224

16.2.3 混合计量224

16.3 AFM技术与基础225

16.3.1 AFM扫描仪225

16.3.2 形貌成像扫描模式225

16.3.3 其他扫描模式227

16.4 用于 计量的自动化AFM227

16.4.1 用于CD计量的CD-AFM229

16.4.2 原子力轮廓仪229

16.4.3 自动缺陷审查230

16.4.4 用于掩模制造的 AFM231

16.5 维护和校准231

16.6 结论232

16.7 参考文献232

16.8 扩展阅读235

第三部分 后 道 工 序

7章 晶圆减薄和芯片切割238

17.1 引言238

17.2 减薄技术概要：研磨238

17.2.1 研磨磨轮239

17.2.2 研磨点239

17.2.3 工艺质量239

17.3 减薄工艺和设备240

17.3.1 研磨部分240

17.3.2 使用在线测量仪来控制厚度240

17.3.3 清洗240

17.4 减薄技术、应力释放和其他要求241

17.4.1 晶圆减薄241

17.4.2 应力释放241

17.4.3 吸杂242

17.4.4 非接触式测量242

17.4.5 在线系统243

17.4.6 晶圆支撑系统243

17.4.7 TAIKO工艺243

17.5 分割技术概论及刀片切割243

17.5.1 切割刀片244

17.5.2 刀片切割的工艺要点244

17.5.3 切割质量244

17.6 分割工艺和设备245

17.6.1 切割机类型245

17.6.2 全自动切割机的基本功能245

17.6.3 双轴系统的应用246

17.7 激光技术247

17.7.1 激光烧蚀247

17.7.2 低介电常数开槽247

17.7.3 激光全切割247

17.7.4 隐形切割248

17.7.5 激光切割的潜在应用248

17.8 先切割后研磨(DBG)和先隐形切割后研磨(SDBG)249

17.8.1 先切割后研磨249

17.8.2 先隐形切割后研磨249

17.9 基于TSV的三维集成250

17.9.1 三维集成的优势250

17.9.2 工艺集成250

17.9.3 减薄的相关主题：边缘修整、自动总厚度变化检测和高水准清洗251

17.9.4 TSV晶圆的分割方法252

17.9.5 晶圆减薄对元器件特性的影响253

17.10 参考文献254

8章 封装256

18.1 引言256

18.1.1 电子封装与组装基础256

18.1.2 电子封装预测260

18.1.3 电子封装行业263

18.2 封装技术263

18.2.1 周围阵列和面阵列封装264

18.2.2 芯片尺寸封装265

18.2.3 晶圆级封装265

18.2.4 埋置技术265

18.2.5 高集成度的封装267

18.3 晶圆级凸点和再布线技术269

18.3.1 工艺技术269

18.3.2 晶圆级凸点设备280

18.3.3 材料287

18.4 案例分析292

18.4.1 仅含再布线的WLP(Biotronik、Micro System Engineering、Fraunhofer IZM)292

18.4.2 高密度多芯片模块封装像素探测器系统(ATLAS联盟)293

18.4.3 SAW的芯片尺寸封装294

18.4.4 图像传感器的晶圆级封装295

18.5 光电子器件和MEMS的封装296

18.6 参考文献297

18.7 扩展阅读300

.....

Hwaiyu Geng，美国加利福尼亚州亚美智库(Amica Research)的创始人及负责人，致力于推动 及绿色制造设计与工程，曾任职于美国Westinghouse Electric Corporation、Applied Materials、Hewlett-Packard和Intel等公司。他拥有超过40年的 高科技工程设计与建设、制造工程和管理等经验。他在许多 会议上发表了技术论文，并在清华大学、北京大学、北京科技大学、 微电子研究所、上海交通大学、同济大学、浙江大学、 大学等高校和科研机构主持了有关物联网、大数据及数据中心的交流讲座。

Hwaiyu Geng，美国加利福尼亚州亚美智库(Amica Research)的创始人及负责人，致力于推动 及绿色制造设计与工程，曾任职于美国Westinghouse Electric Corporation、Applied Materials、Hewlett-Packard和Intel等公司。他拥有超过40年的 高科技工程设计与建设、制造工程和管理等经验。他在许多 会议上发表了技术论文，并在清华大学、北京大学、北京科技大学、 微电子研究所、上海交通大学、同济大学、浙江大学、 大学等高校和科研机构主持了有关物联网、大数据及数据中心的交流讲座。

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