半导体制造工艺

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出版者:机械工业
作者:张渊 编
出品人:
页数:225
译者:
出版时间:2011-1
价格:26.00元
装帧:
isbn号码:9787111318705
丛书系列:
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具体描述

《半导体制造工艺》的编写简化了深奥的理论论述,在对基本原理介绍的基础上注重了对工艺过程、工艺参数的描述以及工艺参数测量方法的介绍,并在半导体制造的几大工艺技术章节中加入了工艺模拟的内容,弥补了实践课程由于昂贵的设备及过高的实践费用而无法进行实践教学的缺憾。在教材编写过程中,从半导体生产企业获得了大量的工艺设备、工艺过程及工艺参数方面的素材对教材进行了充实。

本教材根据目前集成电路的发展趋势,主要介绍了集成电路工艺的前端工艺部分,即清洗、、氧化、化学气相淀积、金属化、光刻、刻蚀、掺杂和平坦化等几个主要工艺,具体每一道工艺中都详细讲述了工艺的基本原理、工艺的操作过程和工艺对应的设备,并加入了部分工艺模拟的操作,力求把当前比较新的工艺介绍给读者。

本教材主要供高等院校微电子相关专业的高年级本科生或大专生学习,也可以作为从事集成电路工艺工作的工程技术人员自学或进修的参考书。

《材料科学与工程概论:从微观到宏观的探索》 本书旨在为初学者提供一个全面而深入的材料科学与工程领域入门,系统地介绍构成我们现代世界基础的各类材料的性质、制备、表征以及在工程应用中的关键作用。内容覆盖从原子结构、晶体学到宏观力学性能的演变,重点剖析了材料的微观结构如何决定其宏观行为,以及工程师如何通过调控材料的微观结构来实现性能的优化。 第一部分:材料的微观基础 本书首先从物质最基本的构成单元——原子——开始,详细讲解了原子的结构、电子排布以及化学键的形成。我们将深入探讨离子键、共价键和金属键的本质,以及这些键合方式如何影响材料的物理和化学性质。接着,我们将进入晶体学领域,介绍晶格、晶面、晶向等基本概念,并重点阐述体心立方(BCC)、面心立方(FCC)、六方密堆积(HCP)等典型晶体结构。我们会详细分析不同晶体结构下原子排列的紧密程度、位错的存在及其对材料塑性的影响。此外,无定形材料(如玻璃)的结构特点和性质与晶体材料的对比分析也将是本部分的重要内容。 第二部分:金属材料及其应用 金属作为最古老且最重要的工程材料之一,在本书中占有重要篇幅。我们将详细介绍金属的合金化原理,即通过添加其他元素来改变金属的性能,并重点阐述固溶体、沉淀硬化等强化机制。钢铁作为最广泛应用的金属材料,其相变、热处理工艺(如退火、淬火、回火)以及不同钢种(如碳钢、合金钢、不锈钢)的性能特点和应用领域将得到详尽的讲解。此外,铜、铝、钛及其合金等有色金属的特性、制造工艺和在高科技领域的应用也将一一呈现,例如铝合金在航空航天领域的轻量化优势,以及钛合金在生物医学和高温环境下的卓越性能。 第三部分:陶瓷与玻璃材料 陶瓷材料以其优异的高温稳定性、耐磨性、绝缘性和耐腐蚀性而闻名,本书将深入介绍陶瓷的组成、结构以及相关的制备工艺,如粉末冶金、烧结技术。我们将重点分析氧化物陶瓷(如氧化铝、氧化锆)、氮化物陶瓷(如氮化硅)和碳化物陶瓷(如碳化硅)的微观结构特点及其对性能的影响。玻璃作为一种重要的无定形材料,其组成、结构、光学性质、热学性质以及常见的制造方法(如熔融法、溶胶-凝胶法)都将被详细介绍。同时,我们还会探讨功能性陶瓷和玻璃,例如压电陶瓷、铁电陶瓷在电子元器件中的应用,以及光纤玻璃在通信领域的重要性。 第四部分:高分子材料(聚合物) 高分子材料凭借其轻质、易加工、性能多样等优点,在现代社会中扮演着越来越重要的角色。本书将从聚合物的分子结构入手,讲解单体、链结构、分子量及其分布对聚合物宏观性质的影响。我们将详细介绍聚合物的分类,如热塑性聚合物、热固性聚合物和弹性体,并分析其各自的加工方法(如注塑、挤出、吹塑)和典型应用。高性能聚合物,如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)等,及其在极端环境下的应用将是本部分的一大亮点。此外,聚合物的复合材料,即通过将聚合物基体与其他增强材料(如玻璃纤维、碳纤维)结合,以获得更优异性能的材料,也将得到重点介绍。 第五部分:复合材料与新兴材料 复合材料是通过将两种或两种以上不同性质的材料(基体和增强相)结合,以获得比单一组分材料更优异性能的材料。本书将详细讲解纤维增强复合材料(如碳纤维增强聚合物CFRP)、颗粒增强复合材料以及层状复合材料的结构设计、界面问题以及性能表征。我们将深入探讨不同增强相和基体材料的匹配问题,以及如何通过优化材料设计来提升复合材料的力学性能、热性能和耐腐蚀性。 此外,本书还将简要介绍一些具有广阔应用前景的新兴材料,例如纳米材料(如碳纳米管、石墨烯)的独特性能及其在电子、催化、生物医学等领域的潜在应用;生物材料在医学工程中的应用,如人工关节、药物递送系统;以及智能材料,如形状记忆合金、光敏材料等,它们能够响应外界刺激并改变自身性质,为未来科技发展提供了无限可能。 第六部分:材料的表征与性能测试 为了理解和应用材料,精确的表征是必不可少的。本书将介绍多种常用的材料表征技术,包括光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等用于观察材料微观形貌和结构的技术;X射线衍射(XRD)用于分析晶体结构和相组成;能谱分析(EDS)用于元素成分分析;差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)用于研究材料的热学性质;以及拉伸试验、硬度试验、疲劳试验等用于评估材料力学性能的测试方法。这些技术将帮助读者理解如何获取关于材料的详细信息,从而更好地进行材料选择和应用。 《材料科学与工程概论:从微观到宏观的探索》是一本集科学性、系统性和实用性于一体的教材。它不仅为读者构建了坚实的材料科学理论基础,更重要的是,它启发读者从材料的微观结构出发,理解其宏观行为,并为解决实际工程问题提供思路。本书适合材料科学与工程、机械工程、化学工程、物理学等相关专业的本科生、研究生,以及对材料科学感兴趣的广大工程技术人员和研究人员阅读。通过阅读本书,您将能够更深刻地理解我们所处世界的物质基础,并为创造更美好的未来贡献力量。

作者简介

目录信息

前言第1章 绪论1 1.1 引言1 1.2 基本半导体元器件结构3 1.2.1 无源元件结构3 1.2.2 有源器件结构6 1.3 半导体器件工艺的发展历史9 1.4 集成电路制造阶段11 1.4.1 集成电路制造的阶段划分11 1.4.2 集成电路时代划分12 1.4.3 集成电路制造的发展趋势13 1.5 半导体制造企业14 1.6 基本的半导体材料15 1.6.1 硅——最常见的半导体材料15 1.6.2 半导体级硅16 1.6.3 单晶硅生长17 1.6.4 其他半导体材料19 1.7 半导体制造中使用的化学品20 1.8 芯片制造的生产环境23 1.8.1 净化间沾污类型23 1.8.2 污染源与控制24 本章小结26 本章习题27第2章 半导体制造工艺概况28 2.1 引言28 2.2 器件的隔离28 2.2.1 PN结隔离28 2.2.2 绝缘体隔离29 2.3 双极型集成电路制造工艺32 2.4 CMOS器件制造工艺35 2.4.1 20世纪80年代的CMOS工艺技术36 2.4.2 20世纪90年代的CMOS工艺技术41 2.4.3 21世纪初的CMOS工艺技术42 本章小结42 本章习题43第3章 清洗工艺44 3.1 引言44 3.2 污染物杂质的分类45 3.2.1 颗粒45 3.2.2 有机残余物45 3.2.3 金属污染物45 3.2.4 需要去除的氧化层46 3.3 清洗方法概况46 3.3.1 RCA清洗47 3.3.2 稀释RCA清洗49 3.3.3 IMEC清洗49 3.3.4 单晶圆清洗50 3.3.5 干法清洗50 3.4 常用清洗设备——超声波清洗设备52 3.4.1 超声波清洗原理52 3.4.2 超声波清洗机52 3.4.3 其他清洗设备54 3.5 质量控制55 本章小结56 本章习题56第4章 氧化57 4.1 引言57 4.2 二氧化硅膜的性质57 4.3 二氧化硅膜的用途59 4.4 热氧化原理60 4.4.1 常用热氧化方法61 4.4.2 影响氧化速率的因素62 4.5 氧化设备64 4.6 氧化膜的质量控制66 4.6.1 氧化膜厚度的测量66 4.6.2 氧化膜缺陷类型及检测68 4.6.3 不同方法生成的氧化膜特性比较70 4.7 氧化工艺模拟70 4.7.1 概述70 4.7.2 工艺模型71 4.7.3 工艺模拟器简介71 4.7.4 Athena基础72 4.7.5 氧化工艺模拟实例74 本章小结77 本章习题77第5章 化学气相淀积78 5.1 概述78 5.1.1 薄膜淀积的概念78 5.1.2 常用的薄膜材料78 5.1.3 半导体制造中对薄膜的要求79 5.2 化学气相淀积81 5.2.1 化学气相淀积的概念81 5.2.2 化学气相淀积的原理81 5.3 化学气相淀积系统81 5.3.1 APCVD82 5.3.2 LPCVD83 5.3.3 等离子体辅助CVD85 5.4 外延88 5.4.1 外延的概念、作用、原理88 5.4.2 外延生长方法89 5.4.3 硅外延工艺91 5.5 CVD质量检测92 5.6 淀积工艺模拟94 本章小结95 本章习题96第6章 金属化97 6.1 概述97 6.1.1 金属化的概念97 6.1.2 金属化的作用97 6.2 金属化类型99 6.2.1 半导体制造中对金属材料的要求99 6.2.2 铝100 6.2.3 铝铜合金100 6.2.4 铜101 6.2.5 阻挡层金属102 6.2.6 硅化物103 6.2.7 钨105 6.3 金属淀积105 6.3.1 金属淀积的方法105 6.3.2 蒸发105 6.3.3 溅射107 6.3.4 金属CVD110 6.3.5 铜电镀111 6.4 金属化流程113 6.4.1 传统金属化流程113 6.4.2 双大马士革流程114 6.5 金属化质量控制116 6.6 金属淀积的工艺模拟116 本章小结117 本章习题118第7章 光刻119 7.1 概述119 7.1.1 光刻的概念120 7.1.2 光刻的目的120 7.1.3 光刻的主要参数120 7.1.4 光刻的曝光光谱122 7.1.5 光刻的环境条件122 7.1.6 掩膜版123 7.2 光刻工艺的基本步骤124 7.3 正性光刻和负性光刻129 7.3.1 正性光刻和负性光刻的概念129 7.3.2 光刻胶130 7.3.3 正性光刻和负性光刻的优缺点131 7.4 光刻设备简介131 7.4.1 接触式光刻机131 7.4.2 接近式光刻机132 7.4.3 扫描投影光刻机132 7.4.4 分步重复光刻机133 7.4.5 步进扫描光刻机133 7.5 光刻质量控制134 7.5.1 光刻胶的质量控制134 7.5.2 对准和曝光的质量控制134 7.5.3 显影检查134 本章小结134 本章习题134第8章 刻蚀136 8.1 引言136 8.1.1 刻蚀的概念136 8.1.2 刻蚀的要求137 8.2 刻蚀工艺137 8.2.1 湿法刻蚀137 8.2.2 干法刻蚀138 8.2.3 两种刻蚀方法的比较140 8.3 干法刻蚀的应用140 8.3.1 介质膜的刻蚀140 8.3.2 多晶硅膜的刻蚀143 8.3.3 金属的干法刻蚀144 8.3.4 光刻胶的去除146 8.4 干法刻蚀的质量控制147 本章小结149 本章习题149第9章 掺杂150 9.1 概述150 9.1.1 掺杂概念150 9.1.2 掺杂的两种方法150 9.1.3 掺杂工艺流程150 9.2 扩散151 9.2.1 扩散原理151 9.2.2 扩散工艺步骤153 9.2.3 扩散设备、工艺参数及其控制155 9.2.4 常用扩散杂质源162 9.3 离子注入163 9.3.1 离子注入原理164 9.3.2 离子注入的重要参数164 9.3.3 离子注入掺杂工艺与扩散掺杂工艺的比较167 9.4 离子注入机167 9.4.1 离子源组件167 9.4.2 分析磁体170 9.4.3 加速聚焦器172 9.4.4 扫描偏转系统173 9.4.5 靶室及终端台175 9.4.6 真空系统176 9.5 离子注入工艺176 9.5.1 离子注入工艺规范操作176 9.5.2 离子注入使用的杂质源及注意事项178 9.5.3 退火178 9.5.4 关键工艺控制179 9.6 离子注入的应用181 9.6.1 沟道区及阱区掺杂181 9.6.2 多晶硅注入182 9.6.3 源漏区注入182 9.7 掺杂质量控制183 9.7.1 结深的测量及分析183 9.7.2 掺杂浓度的测量185 9.7.3 污染188 9.8 掺杂实验188 9.8.1 扩散工艺模拟实验188 9.8.2 离子注入工艺模拟实验189 本章小结189 本章习题189第10章 平坦化191 10.1 概述191 10.2 传统平坦化技术193 10.2.1 反刻193 10.2.2 玻璃回流193 10.2.3 旋涂玻璃法193 10.3 化学机械平坦化194 10.3.1 CMP优点和缺点195 10.3.2 CMP机理195 10.3.3 CMP设备200 10.3.4 CMP工艺控制210 10.3.5 CMP应用215 10.4 CMP质量控制221 10.4.1 膜厚的测量及均匀性分析221 10.4.2 硅片表面状态的观测方法及分析222 本章小结224 本章习题224参考文献226
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读后感

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用户评价

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《半导体制造工艺》这本书,我主要是被它的“历史感”吸引的。我一直在想,我们现在看到的这些高度复杂的制造流程,是怎么一步步发展到今天的?书中在介绍具体工艺的同时,时不时会穿插一些历史的视角,比如某项关键技术是谁发明的,它的出现解决了当时什么样的问题,又带来了什么新的挑战。这种叙述方式,让冰冷的工艺知识变得生动有趣,也让我对整个半导体行业的发展脉络有了更清晰的认识。我尤其欣赏书中对于不同历史时期技术瓶颈的描述,以及科学家和工程师们是如何通过不断的创新来突破这些瓶颈的。这让我想到了当下的技术挑战,比如先进制程的功耗问题、材料的限制等等。这本书仿佛在告诉我,历史的车轮滚滚向前,每一次看似难以逾越的困难,终将被智慧和毅力所克服。这种精神上的激励,对于我们这些身处行业之中,每天面对各种技术难题的人来说,是非常宝贵的。它让我相信,只要不懈努力,今天的“不可能”,也可能成为明天的“寻常”。

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说实话,这本书我还没完全读完,但第一感觉是,它好像有点……过于理论化了?《半导体制造工艺》这个书名听起来应该讲很多实打实的东西,比如车间里是怎么操作的,设备有哪些关键参数,实际生产中会遇到哪些棘手的问题,以及解决这些问题的经验之谈。但从我目前翻阅到的部分来看,更多的是对各种工艺原理的数学推导和模型解释,虽然这很严谨,也很重要,但对于我这种更偏向于应用和解决实际问题的人来说,总觉得少了点什么。比如,书中对于“如何优化某个特定工艺的良率”这样的问题,可能更多的是从物理化学原理层面去分析,而不是直接给出现成的、可操作的经验公式或者一些“小技巧”。当然,这并不意味着书的质量不好,只是可能它的目标读者和我不太一样。如果我是一个刚刚入行,需要系统性学习理论基础的学生,这本书可能就非常合适。但如果像我一样,已经有一些工作经验,希望能从中找到一些“锦囊妙计”或者“前人经验”,可能就需要结合其他一些更侧重实践的书籍来补充。总之,它提供了一个坚实的理论框架,但具体到“落地”,可能还需要更多实践的润色。

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这本书,我刚拿到手,书名就挺扎实的,《半导体制造工艺》。我翻了翻目录,感觉内容挺全面的,从最基础的硅晶圆制备,到各种光刻、蚀刻、薄膜沉积、离子注入等等,理论知识和实际操作都涉及到了。我个人尤其关注其中的光刻技术部分,这可是半导体制造的“灵魂”之一,书中对不同代际的光刻技术,比如DUV和EUV,都有详细的介绍,包括其原理、挑战以及发展趋势。虽然我不是直接从事生产的一线技术人员,但作为一名半导体行业的从业者,了解这些核心工艺的细节,对于我理解整个产业链的运作、评估技术风险以及与技术团队沟通都至关重要。书中的插图和流程图也很多,这对于理解复杂工艺步骤非常有帮助,不像有些书那样枯燥乏味,纯粹的文字堆砌。我感觉这本书的深度应该是不错的,能够满足我这个行业人士对技术细节的探究需求。特别是其中关于良率提升和失效分析的章节,对于我们日常工作中遇到的问题,或许能提供一些思路和方法。我还需要花些时间深入研读,但第一印象是,这本书的内容确实配得上它扎实的书名,值得好好学习。

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这本《半导体制造工艺》给我最大的惊喜,在于它对于不同工艺之间的“联动效应”的阐述。我一直觉得,半导体制造就像一个精密的交响乐,每一个音符(工艺步骤)都需要协调一致,才能奏出美妙的乐章。以往我阅读的很多资料,大多是孤立地介绍某一个工艺,比如光刻就是光刻,刻蚀就是刻蚀。但这本书不一样,它很巧妙地将这些看似独立的工序串联起来,解释了为什么某个工艺的参数调整,会影响到下游另一个工艺的良率,或者一个看似不大的缺陷,是如何在后续的步骤中被放大,最终导致整个芯片失效。这一点对我来说,非常有价值。我一直觉得,理解工艺之间的相互影响,是提升整体制造水平的关键。书中对于“工艺窗口”的定义和分析,以及如何通过工艺集成来解决瓶颈问题,都写得相当到位。我尤其喜欢其中一些案例分析,虽然没有点名道姓,但能让我联想到自己在工作中遇到的一些似曾相识的难题,并从中找到一些新的思考角度。总的来说,这本书提供了一个更宏观、更系统的视角来看待半导体制造,让我意识到,要做好,不只是精通每一个局部,更要懂得全局的协调。

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坦白讲,我并不是完全按照逻辑顺序在读这本书《半导体制造工艺》。我更喜欢随性地翻阅,遇到感兴趣的部分就深入进去。今天我恰好翻到了关于“可靠性测试”那一章。我本来以为这本书会主要聚焦在“制造”本身,也就是怎么把东西“造出来”。但没想到,它还花了不少篇幅去讲“如何保证造出来的东西能用”,而且用得久。这让我觉得这本书的视野非常开阔,不只是停留在“生产线”层面,而是延伸到了产品的生命周期。书中对于各种应力测试,比如高低温循环、湿度加速老化等等,都进行了详细的描述,包括它们的原理、测试方法以及如何根据测试结果来推断产品的长期性能。这一点对于我来说,非常有启发。因为我们公司虽然不是直接生产芯片,但我们要保证自己产品中的电子元件在各种复杂环境下都能稳定工作,可靠性就是我们最看重的指标之一。这本书让我有机会从源头——也就是制造过程——去理解可靠性是如何被“注入”到芯片中的,而不是仅仅停留在“测试”这个结果的验证阶段。这让我对我们所使用的元器件有了更深层次的认识,也为我们选择和评估供应商提供了新的维度。

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基本概念清晰,流程介绍明确。 是一本很好的行业入门书籍。

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