半导体工艺与测试实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢德英，陈晖，黄展云，陈军 著

图书标签:

• 半导体
• 工艺
• 测试
• 实验
• 电子工程
• 微电子学
• 集成电路
• 器件物理
• 模拟电路
• 数字电路

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030436467

版次：31

商品编码：12357399

包装：平装

丛书名： 国家级物理实验教学示范中心系列教材中山大学物理学实验系列教程

开本：16开

出版时间：2018-05-01

页数：192

正文语种：中文

内容简介

本书内容包括半导体工艺的6个主要单项实验、半导体材料特性表征与器件测试实验、工艺和器件特性仿真实验，并通过综合流程实验整合各单项实验知识和技能，着重培养学生的半导体器件的综合设计能力。

《精微世界的雕刻与审视：深入理解集成电路制造与品质保障》 在这数字信息爆炸、智能设备触手可及的时代，我们日常生活中无处不在的芯片，是其核心驱动力。这些微小的硅片上承载着复杂至极的电路，它们的设计、制造和可靠性，直接关乎着电子产品的性能、稳定与安全。然而，芯片的诞生并非易事，其背后是一系列精密、严谨且极具挑战性的工艺流程和品质检验环节。本书将带领读者走进这个高精尖的微观世界，从源头剖析集成电路是如何从原材料一步步蜕变为我们手中设备的“大脑”的。 第一章：硅基材料的纯净之旅 一切的起点，在于一块纯净的硅晶圆。本章将深入探讨半导体制造中最基础也最重要的原材料——高纯度硅的提炼与生长过程。我们将详细解析从石英砂（二氧化硅）到冶金级硅，再到电子级多晶硅的化学转化与提纯技术。多晶硅的纯度要求达到“9个9”乃至更高，这背后涉及的化学反应、真空环境控制、高温冶炼技术以及晶体生长的方法，如西门子法、改进西门子法等，都将进行细致的介绍。 接着，我们将聚焦于单晶硅的生长。著名的柴可拉斯基法（Czochralski method）将是重点讲解对象。从坩埚的设计、籽晶的引入、温度梯度的控制、拉晶速度的调整，到最终获得直径达到300mm甚至450mm、长度可观的单晶硅棒（ingot），每一个步骤都充满了科学的智慧与工程的挑战。读者将理解为何单晶硅的晶格结构如此重要，它如何影响后续的电子性能。最后，硅棒会被切割成薄如蝉翼的硅片（wafer），其表面平整度、晶向的精确性，都是决定后续工艺成败的关键。 第二章：光刻——绘制微观蓝图的艺术 在获得纯净的硅片后，集成电路的“布线”工作便拉开帷幕。光刻（Photolithography）无疑是整个半导体制造中最核心、最复杂且成本最高的工艺之一。本章将深入剖析光刻技术的原理与发展。我们将从最基础的接触式光刻、接近式光刻讲起，着重讲解目前主流的步进式曝光（Steppers）和扫描式曝光（Scanners）设备，尤其是深紫外（DUV）光刻和极紫外（EUV）光刻技术。 我们将详细介绍光刻的几个关键步骤：涂布光刻胶（Photoresist），这一感光材料如何均匀地覆盖在硅片表面；掩模版（Mask/Reticle）的制作，它是将芯片设计图形转移到光刻胶上的“蓝图”，其精度直接决定了芯片的最小线宽；曝光过程，利用特定波长的光（如KrF、ArF、EUV光）穿过掩模版，将设计图形投影到光刻胶上，形成潜影；显影，利用化学试剂去除曝光或未曝光的光刻胶，最终在硅片上留下电路图案的“模板”。 此外，本章还将探讨提高光刻分辨率的各种先进技术，如浸没式光刻（Immersion Lithography）、多重曝光（Multi-patterning）、计算光刻（Computational Lithography）以及先进的相移掩模版（Phase-shift Mask）技术。读者将深刻理解为何光刻技术是摩尔定律持续演进的关键瓶颈，以及EUV光刻技术在突破物理极限方面所扮演的角色。 第三章：蚀刻——精雕细琢的“减法”哲学 光刻只是在硅片表面“绘制”了图案，而蚀刻（Etching）则是利用化学或物理的方法，将不需要的材料“移除”，从而真正形成三维的电路结构。本章将深入讲解干法蚀刻（Dry Etching）和湿法蚀刻（Wet Etching）两种主要方式。 湿法蚀刻虽然简单且成本低，但其选择性不易控制，且容易产生侧向腐蚀，因此在精细工艺中应用逐渐减少。本章将简要介绍其原理与适用场景。 干法蚀刻，特别是等离子体蚀刻（Plasma Etching），是现代集成电路制造的主力。我们将详细介绍反应式离子蚀刻（RIE）技术，包括其基本原理：通过高频电场产生等离子体，使反应气体电离，产生高活性的离子和自由基，这些活性粒子协同作用，对材料进行选择性去除。本章将深入分析不同蚀刻气体（如CF4, Cl2, HBr等）的选择、反应腔的设计、等离子体参数（功率、压力、温度、气体流量）的控制，以及如何实现高纵横比（High Aspect Ratio）蚀刻。 此外，还会介绍其他先进蚀刻技术，如聚焦离子束（FIB）蚀刻在研发和修复中的应用，以及如何通过优化蚀刻过程来控制图形的侧壁形貌，减少侧向腐蚀，保证电路的可靠性。 第四章：薄膜沉积——层层叠加的“加法”智慧 在蚀刻形成沟槽或图案后，需要通过薄膜沉积（Thin Film Deposition）技术，在硅片表面沉积一层或多层具有特定导电、绝缘或半导体特性的材料，用于构建电路的各种组件。本章将详细介绍几种关键的薄膜沉积技术。 化学气相沉积（CVD）是应用最广泛的技术之一。我们将深入讲解各种CVD工艺，包括低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）以及高密度等离子体化学气相沉积（HDPCVD）。这些工艺通过在高温或等离子体环境下，使前驱体气体发生化学反应，从而在衬底表面形成均匀、致密的薄膜。我们将分析不同工艺的优缺点、适用材料（如多晶硅、氮化硅、二氧化硅、氮化铝等）以及工艺参数（温度、压力、气体流量、反应时间）对薄膜性能的影响。 物理气相沉积（PVD）也是一种重要的薄膜沉积方法，主要包括溅射（Sputtering）和蒸发（Evaporation）。我们将重点介绍溅射工艺，包括射频溅射、直流溅射、磁控溅射等，以及其在金属互连（如铝、铜）和阻挡层（如钛、氮化钛）沉积中的应用。 原子层沉积（ALD）技术将作为一种先进的超薄膜沉积手段进行介绍，它能够以原子级的精度控制薄膜厚度，实现极高的均匀性和覆盖性，对于未来先进器件的制造至关重要。 第五章：离子注入与掺杂——赋予硅“生命”的灵魂 纯净的硅本身并不导电，其导电性需要通过掺杂（Doping）过程来赋予。本章将详细介绍两种主要的掺杂方式：扩散（Diffusion）和离子注入（Ion Implantation）。 扩散是早期常用的方法，通过高温加热，使掺杂剂原子（如硼、磷、砷）从高浓度区域扩散到低浓度区域。本章将讲解其基本原理、影响因素以及局限性。 离子注入是现代工艺的主流技术。我们将深入解析其原理：将掺杂剂原子电离，加速成高能离子束，然后将其注入到硅片特定区域。本章将详细讲解离子注入机的结构、加速电压、束流密度、注入角度、扫描方式等工艺参数如何影响掺杂浓度、深度和分布。此外，还会介绍离子注入后的退火（Annealing）过程，其目的是激活注入的掺杂剂，修复晶格损伤，并促使掺杂剂原子在晶格中形成固溶体。 第六章：互连技术——连接微观世界的“高速公路” 集成电路的性能不仅仅取决于晶体管的性能，更取决于连接这些晶体管的金属导线。本章将聚焦于互连技术（Interconnect Technology）。我们将详细介绍单晶硅、多晶硅、金属（如铝、铜）等材料在构成电阻、电容、导线方面的作用。 重点将放在铜互连技术。由于铜具有比铝更低的电阻率和更好的抗电迁移能力，因此在高性能芯片中成为首选。本章将介绍铜互连的工艺流程，包括溅射阻挡层和籽晶层，电化学沉积（ECD）填充铜，以及化学机械抛光（CMP）平坦化表面。 此外，我们还将探讨多层互连结构，多达十几层甚至几十层金属层是如何通过介质层（如二氧化硅、低k介质）和通孔（Vias）连接起来的。本章还将介绍先进的3D堆叠和封装技术，它们正在不断挑战传统的二维互连模式，为更高密度的芯片设计开辟道路。 第七章：化学机械抛光（CMP）——实现表面平坦化的关键 在多道工艺步骤之后，硅片表面往往变得凹凸不平。为了保证后续光刻的精度和薄膜沉积的均匀性，必须进行表面平坦化。化学机械抛光（CMP）技术在本章中将得到重点介绍。 我们将深入剖析CMP的原理：结合化学腐蚀和机械研磨，在微观层面实现高效的材料去除和表面平坦化。本章将详细介绍CMP的工艺要素，包括抛光液（Slurry）的成分（研磨剂、氧化剂、络合剂等）、抛光垫（Pad）的材质与纹理、抛光压力、抛光盘转速等。 CMP技术在金属层、介质层、多晶硅等多种材料的平坦化中都发挥着至关重要的作用。不当的CMP工艺可能导致图案形变、过度研磨或研磨不足，从而影响芯片的性能和良率。本章还将讨论CMP的在线监测与终点检测技术。 第八章：清洗与表面处理——无瑕疵的基石 半导体制造过程中的任何微小污染都可能导致芯片失效，因此，高效、彻底的清洗与表面处理技术是保障良率的关键。本章将深入探讨各种清洗技术。 从早期使用的有机溶剂清洗，到目前主流的湿法清洗技术，如RCA清洗（SC-1和SC-2清洗），我们将详细介绍这些清洗液的化学成分、作用机理以及对不同表面污染物（金属离子、有机物、颗粒物）的去除效果。 此外，本章还将介绍等离子体清洗、超声波清洗、以及一些特殊的表面处理技术，如紫外臭氧（UV-O3）清洗，它们在去除特定污染物或改变表面性质方面有着独特优势。读者将理解为何在几乎每一个工艺步骤之间都需要进行严格的清洗，以及如何通过优化清洗工艺来降低缺陷密度。 第九章：集成电路的“体检”：测试与可靠性保障 即使经过无数道精密工艺，制造出的芯片也并非都能完美工作。因此，严格的测试与可靠性保障是确保芯片质量不可或缺的一环。本章将从宏观角度审视集成电路的“体检”过程。 我们将介绍晶圆测试（Wafer Sort）或称为电性测试（Electrical Test），这是在晶圆级对每个芯片进行的初步电性能测试，目的是筛选出有缺陷的芯片，避免进入后续封装环节造成浪费。本章将介绍测试探针台（Probe Station）、测试仪器（Tester）、测试模式（如直流参数测试、交流参数测试、功能测试、扫描测试）以及测试向量（Test Vectors）的概念。 随后，我们将进入封装后的成品测试（Final Test），其目的更加全面，包括对芯片的各项功能、性能指标、功耗、时序等进行验证。 本章还将重点介绍可靠性测试（Reliability Testing）。这包括加速寿命测试，如高温高湿偏压测试（HAST）、高加速应力测试（HAST）、温循测试（Temperature Cycling）、热老化测试（Burn-in）等。通过模拟芯片在实际使用环境中可能遇到的各种极端条件，来评估芯片的长期可靠性，预测其使用寿命，并为产品设计和制造工艺的改进提供依据。 第十章：先进封装技术展望 随着集成电路工艺节点的不断推进，以及对更高性能、更小体积、更低功耗的需求，先进封装技术（Advanced Packaging）正变得越来越重要。本章将对这一新兴领域进行展望。 我们将介绍2.5D封装和3D封装的概念，如硅中介层（Silicon Interposer）、扇出型晶圆级封装（Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP）、堆叠芯片（Stacked Die）技术。这些技术通过在封装层面实现更高的集成度，打破了芯片本身制造工艺的物理限制。 本章还将讨论 Chiplet（小芯片）技术，它允许将不同功能、不同工艺的芯片模块化地组合在一个封装内，从而提高设计灵活性、降低成本并加速产品上市。读者将了解到，封装技术不再仅仅是保护芯片的“外壳”，而是已成为提升整体产品性能的关键环节。 本书旨在为读者构建一个从原材料到最终产品，涵盖集成电路制造全过程的知识体系。通过深入浅出的讲解，希望能够激发读者对半导体科学与技术的兴趣，理解我们现代科技背后那份精微而又伟大的工程奇迹。

评分☆☆☆☆☆

读完《半导体工艺与测试实验》，我最大的感受是，半导体工艺不再是遥不可及的“高科技”，而是可以通过系统学习和实践来掌握的“工程艺术”。这本书的独特之处在于，它非常注重“实验”二字。它不仅仅是知识的传授，更是能力的培养。书中提供的实验设计，涵盖了从基础的材料特性表征到复杂的器件性能评估，每一个实验都设计得十分精巧，并且附带了详细的操作步骤和注意事项。更重要的是，它引导读者如何去分析实验数据，如何从数据中提取有价值的信息，如何将这些信息应用于实际的工艺优化。我特别喜欢它在讲解测试方法时，会结合具体的器件类型和失效模式进行说明，这样我就能更直观地理解测试的目的和意义。这本书就像一位良师益友，它不仅教会我“做什么”，更教会我“为什么这样做”以及“如何做得更好”。我相信，这本书将成为我手中不可或缺的工具书，陪伴我走过在半导体领域的学习和探索之路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在我看来，在于它提供了一个完整的“从设计到验证”的视角。它不仅仅停留在对单个工艺步骤的介绍，而是将所有环节有机地联系起来，形成了一个完整的生产链条。我尤其欣赏它对不同工艺步骤之间相互影响的论述。例如，在讲解刻蚀工艺时，它会追溯到前道的光刻工艺，并向前展望到后续的薄膜沉积和互连工艺，阐述了不同环节的协同作用。在测试方面，它也展示了如何根据工艺的特点来设计相应的测试流程，如何从测试结果反馈到工艺改进。这种全局性的思考方式，对于理解半导体制造的复杂性至关重要。而且，书中的语言风格非常专业且严谨，但又不失可读性。它能够准确地传达复杂的概念，同时又能激发读者的求知欲。这本书就像一个导航图，为我指明了在半导体这个广阔海洋中前进的方向，让我能够更清晰地规划我的学习路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像一位经验丰富的老工程师，带着你一步步走进半导体世界的奇妙殿堂。它并非那种枯燥乏味的教科书，而是充满了智慧的火花和实用的技巧。我最欣赏的是它那种“授人以渔”的教学方式。它不会直接告诉你所有答案，而是引导你去思考，去探索。在工艺部分，它详细讲解了每一步的物理化学原理，以及不同参数对最终产品性能的影响。这让我明白了为什么某个步骤需要精确控制，为什么某个参数的微小波动会带来巨大的差异。而在测试篇，它更是将抽象的电学测量概念变得具体可感。从基本的伏安特性测试，到复杂的良率分析，书中的讲解都非常到位，而且提供了大量的图表和实例，帮助我理解数据背后的意义。我特别喜欢它在讲解测试方法时，会强调其局限性和适用范围，这对于我理解测试结果的可靠性非常有帮助。它就像一本武林秘籍，教会我如何运用各种“内功心法”（理论）和“招式套路”（实验操作）来驾驭半导体这个复杂而迷人的领域。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！作为一名初入半导体行业的工程师，我一直渴望找到一本能系统梳理工艺流程，又能深入浅出讲解测试原理的教材。终于，《半导体工艺与测试实验》出现了。我被它严谨的理论框架深深吸引。从晶圆制备的每一个细微步骤，到光刻、刻蚀、薄膜沉积等核心工艺的原理剖析，都写得鞭辟入里。让我尤其惊喜的是，书中不仅仅是理论的堆砌，还结合了大量的实验设计和数据分析方法。对于像我这样需要动手实践，并且要学会如何解读和利用测试数据来指导工艺优化的新手来说，这简直是雪中送炭。它提供的实验案例设计得非常贴合实际生产需求，能够帮助我快速理解理论知识在实际操作中的应用，并且建立起一套科学的实验思维。即使是那些看似复杂的测试项目，书中的讲解也清晰明了，让我能够逐步掌握，避免了在实际操作中走弯路。我非常有信心，通过深入学习这本书，我的工艺理解能力和测试分析能力将得到质的飞跃，为我未来的职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对半导体工艺一直抱有一种“只可远观，不可近玩”的态度，觉得它太高深，离我太遥远。但《半导体工艺与测试实验》这本书彻底改变了我的看法。它用一种非常接地气的方式，将那些看似神秘的工艺步骤和测试方法，分解成一个个易于理解的单元。我最喜欢的部分是它对各种缺陷的成因和检测方法的梳理。从表面缺陷到内部缺陷，从光学显微镜到扫描电镜，它都给出了详尽的介绍，并说明了如何通过不同的测试手段来识别和量化这些缺陷。这让我认识到，即使是最微小的瑕疵，在半导体制造中也可能产生巨大的影响，而精准的测试则是发现这些问题的关键。书中提供的实验方案，也充满了实践的指导意义，我能够想象到自己在实验室里，按照书中的指引一步步操作，最终得到有意义的数据。这本书让我看到了半导体工艺背后的人类智慧和科技的力量，也让我对未来在这个领域的学习和工作充满了期待。