矽集成電路工藝基礎(第二版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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關旭東 著

圖書標籤:

• 集成電路
• 矽工藝
• 半導體
• 工藝基礎
• 微電子
• 器件物理
• 製造工藝
• 電子工程
• 材料科學
• 第二版

店鋪： 北京愛讀者圖書專營店

齣版社： 北京大學齣版社

ISBN：9787301241097

商品編碼：29527054609

包裝：平裝

齣版時間：2014-04-01

基本信息

書名：矽集成電路工藝基礎(第二版)

定價：52.00元

作者：關旭東

齣版社：北京大學齣版社

齣版日期：2014-04-01

ISBN：9787301241097

字數：546000

頁碼：

版次：2

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《矽集成電路工藝基礎（第二版）》非常值得推薦。

內容提要

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　　《矽集成電路工藝基礎(第2版21世紀微電子學專業規劃教材普通高等教育十五*規劃教材)》係統地講述瞭矽集成電路製造的基礎工藝，重點放在工藝物理基礎和基本原理上。全書共十一章，其中章簡單地講述瞭矽的晶體結構和非晶體結構及其特點，第二章到第九章分彆講述瞭矽集成電路製造中的基本單項工藝，包括氧化、擴散、離子注入、物理氣相澱積、化學氣相澱積、外延、光刻與刻蝕、金屬化與多層互連，後兩章分彆講述的是工藝集成和薄膜晶體管的製裝工藝。
　　《矽集成電路工藝基礎(第2版21世紀微電子學專業規劃教材普通高等教育十五*規劃教材)》可作為高等學校微電子專業本科生和研究生的教材或參考書，也可供從事集成電路製造的工藝技術人員閱讀。

目錄

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章 矽晶體和非晶體
1.1 矽的晶體結構
1.1.l 晶胞
1.1.2 原子密度
1.1.3 共價四麵體
1.1.4 晶體內部的空隙
1.2 晶嚮、晶麵和堆積模型
1.2.1 晶嚮
1.2.2 晶麵
1.2.3 堆積模型
1.2.4 雙層密排麵
1.3 矽晶體中的缺陷
1.3.1 點缺陷
1.3.2 綫缺陷
1.3.3 麵缺陷
1.3.4 體缺陷
1.4 矽中的雜質
1.5 雜質在矽晶體中的溶解度
1.6 非晶矽結構和特性
1.6.1 非晶矽的結構
1.6.2 非晶網絡模型
1.6.3 非晶態半導體的製備方法.
1.6.4 非晶矽半導體中的缺陷
1.6.5 氫化非晶矽
1.6.6 非晶矽半導體中的摻雜效應
參考文獻
第二章 氧化
2.1 SiO2的結構及性質
2.1.1 結構
2.1.2 SiO2的主要性質
2.2 SiO2的掩蔽作用
2.2.1 雜質在SiO2中的存在形式
2.2.2 雜質在SiO2中的擴散係數
2.2.3 掩蔽層厚度的確定
2.3 矽的熱氧化生長動力學
2.3.1 矽的熱氧化
2.3.2 熱氧化生長動力學
2.3.3 熱氧化SiO2生長速率
2.4 決定氧化速率常數和影響氧化速率的各種因素
2.4.1 決定氧化速率常數的各種因素
2.4.2 影響氧化速率的其他因素
2.5 熱氧化過程中的雜質再分布
2.5.1 雜質的再分布
2.5.2 再分布對矽錶麵雜質濃度的影響
2.6 初始氧化及薄氧化層的製備
2.6.1 快速初始氧化階段
2.6.2 薄氧化層的製備
2.7 Si-SiO2界麵特性
2.7.1 可動離子電荷Qm
2.7.2 界麵陷阱(捕獲)電荷Qit
2.7.3 SiO2中固定正電荷Qf
2.7.4 氧化層陷阱電荷Qot
參考文獻
第三章 擴散
3.1 雜質擴散機製
3.1.1 間隙式擴散
3.1.2 替位式擴散
3.2 擴散係數與擴散方程
3.2.1 菲剋定律
3.2.2 擴散係數
3.2.3 菲剋第二定律(擴散方程)
3.3 擴散雜質的分布
3.3.1 恒定錶麵源擴散
3.3.2 有限錶麵源擴散
第四章 離子注入
第五章 物理氣相澱積
第六章 化學氣相澱積
第七章 外延
第八章 光刻工藝
第九章 金屬化與多層互聯
第十章 工藝集成
第十一章 薄膜晶體管製造工藝
附錄

作者介紹

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關旭東，北京大學信息學院微電子係 職稱：教授 研究方嚮：矽集成電路的設計和規劃 主要作品：矽集成電路工藝基礎。

文摘

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序言

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《矽集成電路工藝基礎（第二版）》圖書簡介 引言 在信息時代飛速發展的浪潮中，集成電路（Integrated Circuit, IC）作為現代電子設備的大腦和神經中樞，其重要性不言而喻。從智能手機、個人電腦到高性能服務器、通信基站，再到汽車電子、航空航天等尖端領域，集成電路無處不在，深刻地改變著我們的生活方式和生産模式。而實現這些微小而強大的芯片，離不開背後精密的製造工藝。本書《矽集成電路工藝基礎（第二版）》旨在為讀者係統地、深入地介紹矽集成電路製造過程中至關重要的基礎技術和理論，為理解和掌握這一復雜而迷人的學科奠定堅實的基礎。 本書第二版在繼承第一版紮實內容的基礎上，緊跟半導體技術發展的最新動態，對原有章節進行瞭更新和補充，新增瞭更多前沿工藝技術和相關的理論分析，力求為讀者提供一份兼具深度、廣度和前瞻性的教材。我們相信，通過對本書的學習，讀者將能夠： 建立係統性的工藝認知： 掌握矽集成電路製造從晶圓製備到最終封裝的完整流程，理解各工藝步驟之間的內在聯係與相互影響。 理解核心技術原理： 深入探究光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入等關鍵工藝的技術原理、設備模型和工藝控製要點。 掌握關鍵材料特性： 瞭解不同半導體材料、掩模材料、光刻膠、刻蝕劑等在工藝中的作用及其性能要求。 認識工藝挑戰與發展趨勢： 把握當前集成電路製造麵臨的挑戰，如特徵尺寸的不斷縮小、良率的提升、新材料的應用等，以及未來工藝技術的發展方嚮。 培養解決實際問題的能力： 為從事集成電路設計、製造、封裝、測試等相關領域的專業人士提供必要的理論指導和實踐參考。 章節內容概覽 本書共包含 XX 個章節（此處請根據實際書籍章節數填寫），以下將對其中主要內容進行詳細介紹： 第一部分：半導體材料與晶圓製備 第一章：半導體材料基礎 本章將首先介紹集成電路製造中最核心的基底材料——矽。我們將從矽的原子結構、晶體結構齣發，闡述其優異的半導體特性，包括能帶結構、載流子傳輸、雜質控製等。 進一步，我們將探討矽提純的工藝流程，例如西門子法（Siemens Process）等，以及其對最終芯片性能的影響。 高質量的單晶矽晶圓是製造的基礎，本章將詳細介紹直拉法（Czochralski Method, CZ）和區熔法（Float-Zone Method, FZ）兩種主流的單晶矽生長技術，包括生長過程中的溫度梯度控製、坩堝材料、晶體取嚮等關鍵因素。 晶圓的晶體缺陷（如位錯、點缺陷、夾雜物等）對器件性能至關重要，我們將分析各類缺陷的成因、錶徵方法以及對器件可靠性的影響。 此外，本書還將簡要介紹非矽基半導體材料（如砷化鎵、氮化鎵等）在特定應用中的優勢和挑戰，為讀者提供更廣闊的視野。 第二章：矽晶圓的製備與錶麵處理 晶圓的幾何尺寸（如直徑）和錶麵質量直接影響後續工藝的可行性和一緻性。本章將詳細講解晶圓的切割（Sawing）、研磨（Grinding）、化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）等過程，以獲得具有高平整度和低錶麵損傷的晶圓。 CMP作為實現納米級錶麵平整度的關鍵工藝，其化學過程、機械作用、拋光液成分以及參數控製將得到深入剖析。 晶圓錶麵存在的微粒、金屬汙染物、有機汙染物等都會導緻器件失效。本章將介紹各種錶麵清洗技術（如 RCA 清洗、臭氧水清洗等），以及錶麵狀態的檢測方法。 本章還會涉及晶圓的應力控製、錶麵應力退火等內容，以確保晶圓在高溫工藝中的穩定性。 第二部分：核心微納加工工藝 第三章：光刻技術（Photolithography） 光刻是集成電路製造中最核心、最復雜的工藝之一，它是將掩模版上的電路圖形轉移到晶圓上的關鍵步驟。 本章將從光刻原理講起，詳細介紹光學成像原理、衍射、乾涉等物理現象在光刻中的應用。 我們將重點講解不同類型的光源（如汞燈、深紫外光 DUV、極紫外光 EUV）及其技術演進，分析其分辨率極限和工藝挑戰。 掩模版的製造（Mask Making）也是光刻鏈條上不可或缺的一環，本章將介紹掩模版的設計、材料、以及電子束光刻（E-beam Lithography）等製造方法。 光刻膠（Photoresist）是實現圖形轉移的關鍵化學材料。本章將深入探討不同類型的光刻膠（如正性膠、負性膠）、其化學成分、曝光和顯影機理，以及先進光刻膠的需求。 光刻工藝中的關鍵參數，如曝光劑量、焦點深度（DOF）、套刻精度（Overlay）等，以及提高分辨率的技術（如光學鄰近效應修正 OPC、相移掩模版 PSM、浸沒式光刻 immersion lithography）將進行詳盡的討論。 第四章：刻蝕技術（Etching） 刻蝕是利用化學或物理方法去除不需要的材料，以形成電路圖形的步驟。 本章將區分乾法刻蝕（Dry Etching）和濕法刻蝕（Wet Etching）。濕法刻蝕以其簡便、成本低廉等特點在某些領域仍有應用，但其選擇性、各嚮同性等問題限製瞭其在精密加工中的使用。 乾法刻蝕是現代集成電路製造的主流。我們將詳細介紹等離子體刻蝕（Plasma Etching），包括電容耦閤等離子體（CCP）和感應耦閤等離子體（ICP）的反應機理、等離子體鞘層、離子轟擊等。 反應離子束刻蝕（RIBE）和離子束刻蝕（IBE）等物理刻蝕方法也將被介紹，它們在高精度、低損傷刻蝕方麵具有獨特優勢。 刻蝕過程中的關鍵參數，如刻蝕速率、選擇比（Selectivity）、各嚮異性（Anisotropy）、側壁損傷等，以及提高刻蝕精度的技術（如側壁保護技術、反應物輸運控製）將深入探討。 本書還將涉及特定材料（如矽、二氧化矽、氮化矽、金屬等）的刻蝕工藝特點和挑戰。 第五章：薄膜沉積（Thin Film Deposition） 薄膜沉積是在晶圓錶麵形成一層或多層特定材料的薄膜，這些薄膜可以是絕緣層、導體層或半導體層，是構成集成電路器件的基本結構單元。 本章將重點介紹物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）技術，包括濺射（Sputtering）和蒸發（Evaporation）。我們將分析濺射的原理、濺射靶材、等離子體特性以及影響薄膜質量的因素。 化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）是另一種重要的薄膜沉積技術。本章將詳細介紹大氣壓CVD（APCVD）、低壓CVD（LPCVD）、等離子體增強CVD（PECVD）等不同類型的CVD工藝，分析其反應機理、前驅體選擇、以及在不同材料（如多晶矽、氮化矽、二氧化矽）沉積中的應用。 原子層沉積（Atomic Layer Deposition, ALD）作為一種超薄、超均勻薄膜製備技術，因其在柵介質、高介電常數材料等方麵的應用而備受關注，本書將對ALD的原理和優勢進行重點介紹。 此外，本章還將涵蓋外延生長（Epitaxy），特彆是矽外延，它能生長齣具有特定晶體結構和摻雜特性的高質量單晶矽層，對高性能器件至關重要。 第六章：離子注入（Ion Implantation） 離子注入是一種精確控製半導體摻雜濃度和分布的關鍵工藝，用於改變半導體的導電類型和電導率。 本章將詳細介紹離子注入的物理過程，包括離子源、加速器、質量分析器、掃描係統等設備組成。 我們將深入分析離子在矽中的溝道效應、能量損失機製（電子激發和核碰撞），以及最終形成的摻雜濃度分布（如高斯分布、LSS理論）。 離子注入的工藝參數，如注入能量、注入劑量、注入角度等，對器件性能的影響將得到詳細闡述。 本章還會介紹後續的退火工藝（Annealing），如熱退火、快速熱退火（RTA），它們用於激活注入的雜質、修復晶格損傷以及形成特定的結型。 第三部分：器件結構與工藝集成 第七章：CMOS 器件結構與工藝流程 互補金屬氧化物半導體（CMOS）是當前集成電路中最主流的器件技術。本章將以CMOS技術為例，係統地介紹集成電路的製造流程。 我們將詳細講解從晶圓準備、STI（淺溝槽隔離）形成、阱區（Well）形成、柵極（Gate）形成、源漏（Source/Drain）摻雜、接觸孔（Contact Hole）形成、金屬互連（Metallization）到最終的鈍化（Passivation）和測試等一係列復雜工序。 對於每個步驟，都將結閤光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入等基礎工藝，闡述其工藝步驟、關鍵設備、以及對器件性能的影響。 我們將深入分析不同代際CMOS技術的演進，例如從平麵晶體管到鰭式場效應晶體管（FinFET），以及未來柵極全環（GAA）技術的發展。 第八章：互連技術與三維集成 隨著集成電路復雜度的不斷提升，互連綫（Interconnects）在芯片性能中的占比越來越大，成為新的瓶頸。 本章將介紹多層金屬互連的結構和工藝，包括銅互連技術（Copper Interconnects）及其化學機械拋光（CMP）和電化學沉積（ECD）工藝。 低介電常數（Low-k）材料在互連綫中的應用，以及其製備和可靠性挑戰將是本章的重點。 先進的互連技術，如應力工程（Stress Engineering）、金屬柵極（Metal Gate）、高性能接觸技術等，也將得到討論。 此外，本書還將初步介紹三維集成（3D Integration）的概念和技術，如矽穿孔（Through-Silicon Via, TSV）等，它們是實現更高集成度和性能的重要途徑。 第四部分：工藝控製與可靠性 第九章：工藝參數控製與良率分析 集成電路的製造是一個高度依賴精密參數控製的流程。本章將強調過程監控（In-line Monitoring）和統計過程控製（Statistical Process Control, SPC）的重要性。 我們將介紹各種在綫測量技術，如橢圓儀（Ellipsometry）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等，用於監控薄膜厚度、刻蝕深度、側壁形貌等關鍵參數。 良率（Yield）是衡量製造水平的關鍵指標，本章將分析導緻良率下降的常見因素（如工藝偏差、設備故障、操作失誤、材料缺陷等），並介紹提高良率的策略和方法。 第十章：器件可靠性與失效分析 集成電路的可靠性直接關係到其在實際應用中的穩定性和壽命。 本章將討論影響器件可靠性的關鍵因素，如熱載流子注入（Hot Carrier Injection, HCI）、柵氧化層擊穿（Gate Oxide Breakdown）、電遷移（Electromigration）等，並分析其物理機製。 電應力測試（Stress Testing）、加速壽命試驗（Accelerated Life Testing）等可靠性評估方法也將被介紹。 失效分析（Failure Analysis, FA）技術，包括非破壞性檢測（如X射綫成像、聲波成像）和破壞性檢測（如截麵分析、能譜分析），是定位和解決器件失效問題的關鍵手段。 結論與展望 本書在最後將對矽集成電路工藝的現狀進行總結，並對未來的發展趨勢進行展望。我們將討論摩爾定律的挑戰、新興半導體材料（如二維材料）的應用、人工智能在工藝開發和控製中的作用，以及未來更高集成度的發展方嚮。 結語 《矽集成電路工藝基礎（第二版）》力求成為一本內容權威、體係完整、講解清晰的教材。我們希望通過本書，能夠引導讀者穿越錯綜復雜的半導體製造工藝迷宮，理解其中蘊含的科學原理和工程智慧，激發對這一領域更深入的探索和研究。無論您是初學者，還是希望深化理解的從業者，本書都將是您寶貴的知識夥伴。

評分☆☆☆☆☆

我這次購買純粹是為瞭係統性地迴顧一下前沿的器件製造流程，尤其是涉及到先進節點的挑戰。說實話，市麵上關於半導體工藝的書籍汗牛充棟，但大多要麼過於側重理論推導，讓實踐者感到束手無策；要麼就是過於關注設備操作手冊的羅列，缺乏對底層物理機製的深入挖掘。這本書巧妙地找到瞭一個絕佳的平衡點。它沒有沉溺於復雜的數學公式海洋中無法自拔，而是將重點放在瞭“為什麼”和“如何實現”上。比如在描述薄膜沉積和刻蝕工藝時，作者並沒有簡單地給齣反應方程式，而是詳細分析瞭不同工藝參數（如溫度、壓力、等離子體功率）對薄膜形貌和均勻性的實際影響，以及這些影響如何反饋到最終器件的電學性能上。這種從宏觀到微觀的立體化解讀，極大地提升瞭我對工藝窗口控製的理解深度。我特彆欣賞它對“良率”這一核心指標的探討，書中用多個實例說明瞭工藝微小變化如何導緻災難性的缺陷，這種實戰導嚮的視角，對於我日常解決生産綫上遇到的瓶頸問題提供瞭極具價值的參考框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的權威性毋庸置疑，它集閤瞭多年行業經驗和學術積纍的精華。相較於那些側重於某個特定前沿技術（比如EUV光刻或FinFET結構）的專著，這本書的優勢在於其廣度和基礎性。它像一本“內功心法”，打好瞭根基，後續學習任何新興技術都會事半功倍。我特彆關注瞭其中關於材料科學和器件物理如何交織在一起的部分，特彆是對介電常數（k值）和柵極材料選擇的討論，這些內容往往是教科書中最容易被一筆帶過，但在實際芯片性能瓶頸中卻至關重要的環節。作者對這些基礎物理的闡述，深入淺齣，既有理論的支撐，又不失工程上的可操作性。舉個例子，書中對“空乏層”的描述，不僅僅停留在物理學定義上，而是延伸到瞭其對閾值電壓精細調控的實際意義，這種由理論到應用的無縫銜接，是我在其他教材中很少見到的，這讓這本書的實用價值得到瞭極大的提升。

評分☆☆☆☆☆

總體而言，這是一本我願意嚮同行和晚輩極力推薦的工具書，它不僅僅是一本“查閱資料”的書，更是一本需要“精讀和消化”的書。閱讀它需要投入一定的時間和精力，尤其是在涉及到新型封裝技術和先進結型結構的部分，可能需要配閤一些外部的模擬軟件或實驗數據來輔助理解，但這投入絕對是值得的。它最大的價值在於提升瞭讀者對半導體製造復雜性的整體認知水平，讓你不再滿足於停留在錶層的工藝參數列錶上，而是能夠洞察其背後的科學原理和工程權衡。我個人感覺，自從係統地學習瞭這本書之後，在麵對供應商提供的工藝能力報告時，我的判斷力也變得更加精準和深入瞭。它確實做到瞭“授人以漁”，教會瞭我們如何去科學地分析和解決製造過程中遇到的挑戰，而非僅僅提供瞭一堆現成的答案。對於想要在集成電路領域深耕的人來說，這幾乎是一本繞不開的裏程碑式的參考讀物。

評分☆☆☆☆☆

對於希望從事芯片設計或相關領域研究的初學者來說，這本書無疑是一塊堅實的墊腳石。我記得我剛接觸半導體領域時，最大的睏惑就是工藝流程之間的銜接和依賴性。設計規範往往基於一個假設的理想工藝模型，但實際製造中，前一道工序的結果會直接“汙染”或限製後一道工序的發揮。這本書在這方麵做得非常齣色，它將整個CMOS製造流程視為一個緊密耦閤的係統來講解，而非孤立的步驟集閤。從光刻的套刻精度要求，到離子注入的能級控製，再到金屬互聯的阻抗特性，每一步的描述都充分考慮瞭其對後續步驟的潛在影響。這種係統思維的培養，遠比死記硬背單個工藝步驟重要得多。我甚至覺得，讀完這本書，再去閱讀那些高度專業化的技術論文時，會感覺輕鬆很多，因為你已經擁有瞭理解上下文和技術背景的“元知識”。它提供瞭一種思維模型，教會我們如何從一個係統工程師的角度去看待材料和過程的相互作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量確實讓人眼前一亮，封麵設計簡約而不失專業感，紙張的質地也相當不錯，即便是長時間閱讀也不會覺得刺眼。拿到手的時候就能感受到它分量十足，這大概也說明瞭內容的深度和廣度。初翻目錄，我立刻被其清晰的邏輯結構所吸引，從基礎概念的鋪陳到復雜工藝流程的深入剖析，層層遞進，脈絡分明。尤其是一些關鍵章節，作者似乎很懂得如何用直觀的圖示來解釋那些抽象的物理和化學過程，這對於我們這些非科班齣身或者需要溫故知新的工程師來說，簡直是福音。我記得我之前在學習某個特定的晶體管結構時總是不得要領，翻閱瞭其他幾本參考書，總是感覺雲裏霧裏，但這本書通過精妙的插圖和詳實的文字描述，竟然讓我茅塞頓開。它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的老教授在你身邊，耐心地為你拆解每一個技術難點。我對這種嚴謹又不失溫度的敘事風格非常欣賞，它成功地將枯燥的半導體製造過程轉化成瞭一場引人入勝的知識探索之旅。這本書的排版也十分講究，字體大小適中，行距閤理，大段文字閱讀起來毫不費力，足見齣版方的用心。