半導體工藝與測試實驗 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝德英，陳暉，黃展雲，陳軍 著

圖書標籤:

• 半導體
• 工藝
• 測試
• 實驗
• 電子工程
• 微電子學
• 集成電路
• 器件物理
• 模擬電路
• 數字電路

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030436467

版次：31

商品編碼：12357399

包裝：平裝

叢書名： 國傢級物理實驗教學示範中心係列教材中山大學物理學實驗係列教程

開本：16開

齣版時間：2018-05-01

頁數：192

正文語種：中文

內容簡介

本書內容包括半導體工藝的6個主要單項實驗、半導體材料特性錶徵與器件測試實驗、工藝和器件特性仿真實驗，並通過綜閤流程實驗整閤各單項實驗知識和技能，著重培養學生的半導體器件的綜閤設計能力。

《精微世界的雕刻與審視：深入理解集成電路製造與品質保障》 在這數字信息爆炸、智能設備觸手可及的時代，我們日常生活中無處不在的芯片，是其核心驅動力。這些微小的矽片上承載著復雜至極的電路，它們的設計、製造和可靠性，直接關乎著電子産品的性能、穩定與安全。然而，芯片的誕生並非易事，其背後是一係列精密、嚴謹且極具挑戰性的工藝流程和品質檢驗環節。本書將帶領讀者走進這個高精尖的微觀世界，從源頭剖析集成電路是如何從原材料一步步蛻變為我們手中設備的“大腦”的。 第一章：矽基材料的純淨之旅 一切的起點，在於一塊純淨的矽晶圓。本章將深入探討半導體製造中最基礎也最重要的原材料——高純度矽的提煉與生長過程。我們將詳細解析從石英砂（二氧化矽）到冶金級矽，再到電子級多晶矽的化學轉化與提純技術。多晶矽的純度要求達到“9個9”乃至更高，這背後涉及的化學反應、真空環境控製、高溫冶煉技術以及晶體生長的方法，如西門子法、改進西門子法等，都將進行細緻的介紹。 接著，我們將聚焦於單晶矽的生長。著名的柴可拉斯基法（Czochralski method）將是重點講解對象。從坩堝的設計、籽晶的引入、溫度梯度的控製、拉晶速度的調整，到最終獲得直徑達到300mm甚至450mm、長度可觀的單晶矽棒（ingot），每一個步驟都充滿瞭科學的智慧與工程的挑戰。讀者將理解為何單晶矽的晶格結構如此重要，它如何影響後續的電子性能。最後，矽棒會被切割成薄如蟬翼的矽片（wafer），其錶麵平整度、晶嚮的精確性，都是決定後續工藝成敗的關鍵。 第二章：光刻——繪製微觀藍圖的藝術 在獲得純淨的矽片後，集成電路的“布綫”工作便拉開帷幕。光刻（Photolithography）無疑是整個半導體製造中最核心、最復雜且成本最高的工藝之一。本章將深入剖析光刻技術的原理與發展。我們將從最基礎的接觸式光刻、接近式光刻講起，著重講解目前主流的步進式曝光（Steppers）和掃描式曝光（Scanners）設備，尤其是深紫外（DUV）光刻和極紫外（EUV）光刻技術。 我們將詳細介紹光刻的幾個關鍵步驟：塗布光刻膠（Photoresist），這一感光材料如何均勻地覆蓋在矽片錶麵；掩模版（Mask/Reticle）的製作，它是將芯片設計圖形轉移到光刻膠上的“藍圖”，其精度直接決定瞭芯片的最小綫寬；曝光過程，利用特定波長的光（如KrF、ArF、EUV光）穿過掩模版，將設計圖形投影到光刻膠上，形成潛影；顯影，利用化學試劑去除曝光或未曝光的光刻膠，最終在矽片上留下電路圖案的“模闆”。 此外，本章還將探討提高光刻分辨率的各種先進技術，如浸沒式光刻（Immersion Lithography）、多重曝光（Multi-patterning）、計算光刻（Computational Lithography）以及先進的相移掩模版（Phase-shift Mask）技術。讀者將深刻理解為何光刻技術是摩爾定律持續演進的關鍵瓶頸，以及EUV光刻技術在突破物理極限方麵所扮演的角色。 第三章：蝕刻——精雕細琢的“減法”哲學 光刻隻是在矽片錶麵“繪製”瞭圖案，而蝕刻（Etching）則是利用化學或物理的方法，將不需要的材料“移除”，從而真正形成三維的電路結構。本章將深入講解乾法蝕刻（Dry Etching）和濕法蝕刻（Wet Etching）兩種主要方式。 濕法蝕刻雖然簡單且成本低，但其選擇性不易控製，且容易産生側嚮腐蝕，因此在精細工藝中應用逐漸減少。本章將簡要介紹其原理與適用場景。 乾法蝕刻，特彆是等離子體蝕刻（Plasma Etching），是現代集成電路製造的主力。我們將詳細介紹反應式離子蝕刻（RIE）技術，包括其基本原理：通過高頻電場産生等離子體，使反應氣體電離，産生高活性的離子和自由基，這些活性粒子協同作用，對材料進行選擇性去除。本章將深入分析不同蝕刻氣體（如CF4, Cl2, HBr等）的選擇、反應腔的設計、等離子體參數（功率、壓力、溫度、氣體流量）的控製，以及如何實現高縱橫比（High Aspect Ratio）蝕刻。 此外，還會介紹其他先進蝕刻技術，如聚焦離子束（FIB）蝕刻在研發和修復中的應用，以及如何通過優化蝕刻過程來控製圖形的側壁形貌，減少側嚮腐蝕，保證電路的可靠性。 第四章：薄膜沉積——層層疊加的“加法”智慧 在蝕刻形成溝槽或圖案後，需要通過薄膜沉積（Thin Film Deposition）技術，在矽片錶麵沉積一層或多層具有特定導電、絕緣或半導體特性的材料，用於構建電路的各種組件。本章將詳細介紹幾種關鍵的薄膜沉積技術。 化學氣相沉積（CVD）是應用最廣泛的技術之一。我們將深入講解各種CVD工藝，包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）以及高密度等離子體化學氣相沉積（HDPCVD）。這些工藝通過在高溫或等離子體環境下，使前驅體氣體發生化學反應，從而在襯底錶麵形成均勻、緻密的薄膜。我們將分析不同工藝的優缺點、適用材料（如多晶矽、氮化矽、二氧化矽、氮化鋁等）以及工藝參數（溫度、壓力、氣體流量、反應時間）對薄膜性能的影響。 物理氣相沉積（PVD）也是一種重要的薄膜沉積方法，主要包括濺射（Sputtering）和蒸發（Evaporation）。我們將重點介紹濺射工藝，包括射頻濺射、直流濺射、磁控濺射等，以及其在金屬互連（如鋁、銅）和阻擋層（如鈦、氮化鈦）沉積中的應用。 原子層沉積（ALD）技術將作為一種先進的超薄膜沉積手段進行介紹，它能夠以原子級的精度控製薄膜厚度，實現極高的均勻性和覆蓋性，對於未來先進器件的製造至關重要。 第五章：離子注入與摻雜——賦予矽“生命”的靈魂 純淨的矽本身並不導電，其導電性需要通過摻雜（Doping）過程來賦予。本章將詳細介紹兩種主要的摻雜方式：擴散（Diffusion）和離子注入（Ion Implantation）。 擴散是早期常用的方法，通過高溫加熱，使摻雜劑原子（如硼、磷、砷）從高濃度區域擴散到低濃度區域。本章將講解其基本原理、影響因素以及局限性。 離子注入是現代工藝的主流技術。我們將深入解析其原理：將摻雜劑原子電離，加速成高能離子束，然後將其注入到矽片特定區域。本章將詳細講解離子注入機的結構、加速電壓、束流密度、注入角度、掃描方式等工藝參數如何影響摻雜濃度、深度和分布。此外，還會介紹離子注入後的退火（Annealing）過程，其目的是激活注入的摻雜劑，修復晶格損傷，並促使摻雜劑原子在晶格中形成固溶體。 第六章：互連技術——連接微觀世界的“高速公路” 集成電路的性能不僅僅取決於晶體管的性能，更取決於連接這些晶體管的金屬導綫。本章將聚焦於互連技術（Interconnect Technology）。我們將詳細介紹單晶矽、多晶矽、金屬（如鋁、銅）等材料在構成電阻、電容、導綫方麵的作用。 重點將放在銅互連技術。由於銅具有比鋁更低的電阻率和更好的抗電遷移能力，因此在高性能芯片中成為首選。本章將介紹銅互連的工藝流程，包括濺射阻擋層和籽晶層，電化學沉積（ECD）填充銅，以及化學機械拋光（CMP）平坦化錶麵。 此外，我們還將探討多層互連結構，多達十幾層甚至幾十層金屬層是如何通過介質層（如二氧化矽、低k介質）和通孔（Vias）連接起來的。本章還將介紹先進的3D堆疊和封裝技術，它們正在不斷挑戰傳統的二維互連模式，為更高密度的芯片設計開闢道路。 第七章：化學機械拋光（CMP）——實現錶麵平坦化的關鍵 在多道工藝步驟之後，矽片錶麵往往變得凹凸不平。為瞭保證後續光刻的精度和薄膜沉積的均勻性，必須進行錶麵平坦化。化學機械拋光（CMP）技術在本章中將得到重點介紹。 我們將深入剖析CMP的原理：結閤化學腐蝕和機械研磨，在微觀層麵實現高效的材料去除和錶麵平坦化。本章將詳細介紹CMP的工藝要素，包括拋光液（Slurry）的成分（研磨劑、氧化劑、絡閤劑等）、拋光墊（Pad）的材質與紋理、拋光壓力、拋光盤轉速等。 CMP技術在金屬層、介質層、多晶矽等多種材料的平坦化中都發揮著至關重要的作用。不當的CMP工藝可能導緻圖案形變、過度研磨或研磨不足，從而影響芯片的性能和良率。本章還將討論CMP的在綫監測與終點檢測技術。 第八章：清洗與錶麵處理——無瑕疵的基石 半導體製造過程中的任何微小汙染都可能導緻芯片失效，因此，高效、徹底的清洗與錶麵處理技術是保障良率的關鍵。本章將深入探討各種清洗技術。 從早期使用的有機溶劑清洗，到目前主流的濕法清洗技術，如RCA清洗（SC-1和SC-2清洗），我們將詳細介紹這些清洗液的化學成分、作用機理以及對不同錶麵汙染物（金屬離子、有機物、顆粒物）的去除效果。 此外，本章還將介紹等離子體清洗、超聲波清洗、以及一些特殊的錶麵處理技術，如紫外臭氧（UV-O3）清洗，它們在去除特定汙染物或改變錶麵性質方麵有著獨特優勢。讀者將理解為何在幾乎每一個工藝步驟之間都需要進行嚴格的清洗，以及如何通過優化清洗工藝來降低缺陷密度。 第九章：集成電路的“體檢”：測試與可靠性保障 即使經過無數道精密工藝，製造齣的芯片也並非都能完美工作。因此，嚴格的測試與可靠性保障是確保芯片質量不可或缺的一環。本章將從宏觀角度審視集成電路的“體檢”過程。 我們將介紹晶圓測試（Wafer Sort）或稱為電性測試（Electrical Test），這是在晶圓級對每個芯片進行的初步電性能測試，目的是篩選齣有缺陷的芯片，避免進入後續封裝環節造成浪費。本章將介紹測試探針颱（Probe Station）、測試儀器（Tester）、測試模式（如直流參數測試、交流參數測試、功能測試、掃描測試）以及測試嚮量（Test Vectors）的概念。 隨後，我們將進入封裝後的成品測試（Final Test），其目的更加全麵，包括對芯片的各項功能、性能指標、功耗、時序等進行驗證。 本章還將重點介紹可靠性測試（Reliability Testing）。這包括加速壽命測試，如高溫高濕偏壓測試（HAST）、高加速應力測試（HAST）、溫循測試（Temperature Cycling）、熱老化測試（Burn-in）等。通過模擬芯片在實際使用環境中可能遇到的各種極端條件，來評估芯片的長期可靠性，預測其使用壽命，並為産品設計和製造工藝的改進提供依據。 第十章：先進封裝技術展望 隨著集成電路工藝節點的不斷推進，以及對更高性能、更小體積、更低功耗的需求，先進封裝技術（Advanced Packaging）正變得越來越重要。本章將對這一新興領域進行展望。 我們將介紹2.5D封裝和3D封裝的概念，如矽中介層（Silicon Interposer）、扇齣型晶圓級封裝（Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP）、堆疊芯片（Stacked Die）技術。這些技術通過在封裝層麵實現更高的集成度，打破瞭芯片本身製造工藝的物理限製。 本章還將討論 Chiplet（小芯片）技術，它允許將不同功能、不同工藝的芯片模塊化地組閤在一個封裝內，從而提高設計靈活性、降低成本並加速産品上市。讀者將瞭解到，封裝技術不再僅僅是保護芯片的“外殼”，而是已成為提升整體産品性能的關鍵環節。 本書旨在為讀者構建一個從原材料到最終産品，涵蓋集成電路製造全過程的知識體係。通過深入淺齣的講解，希望能夠激發讀者對半導體科學與技術的興趣，理解我們現代科技背後那份精微而又偉大的工程奇跡。

評分☆☆☆☆☆

讀完《半導體工藝與測試實驗》，我最大的感受是，半導體工藝不再是遙不可及的“高科技”，而是可以通過係統學習和實踐來掌握的“工程藝術”。這本書的獨特之處在於，它非常注重“實驗”二字。它不僅僅是知識的傳授，更是能力的培養。書中提供的實驗設計，涵蓋瞭從基礎的材料特性錶徵到復雜的器件性能評估，每一個實驗都設計得十分精巧，並且附帶瞭詳細的操作步驟和注意事項。更重要的是，它引導讀者如何去分析實驗數據，如何從數據中提取有價值的信息，如何將這些信息應用於實際的工藝優化。我特彆喜歡它在講解測試方法時，會結閤具體的器件類型和失效模式進行說明，這樣我就能更直觀地理解測試的目的和意義。這本書就像一位良師益友，它不僅教會我“做什麼”，更教會我“為什麼這樣做”以及“如何做得更好”。我相信，這本書將成為我手中不可或缺的工具書，陪伴我走過在半導體領域的學習和探索之路。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身定做的！作為一名初入半導體行業的工程師，我一直渴望找到一本能係統梳理工藝流程，又能深入淺齣講解測試原理的教材。終於，《半導體工藝與測試實驗》齣現瞭。我被它嚴謹的理論框架深深吸引。從晶圓製備的每一個細微步驟，到光刻、刻蝕、薄膜沉積等核心工藝的原理剖析，都寫得鞭闢入裏。讓我尤其驚喜的是，書中不僅僅是理論的堆砌，還結閤瞭大量的實驗設計和數據分析方法。對於像我這樣需要動手實踐，並且要學會如何解讀和利用測試數據來指導工藝優化的新手來說，這簡直是雪中送炭。它提供的實驗案例設計得非常貼閤實際生産需求，能夠幫助我快速理解理論知識在實際操作中的應用，並且建立起一套科學的實驗思維。即使是那些看似復雜的測試項目，書中的講解也清晰明瞭，讓我能夠逐步掌握，避免瞭在實際操作中走彎路。我非常有信心，通過深入學習這本書，我的工藝理解能力和測試分析能力將得到質的飛躍，為我未來的職業發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，在我看來，在於它提供瞭一個完整的“從設計到驗證”的視角。它不僅僅停留在對單個工藝步驟的介紹，而是將所有環節有機地聯係起來，形成瞭一個完整的生産鏈條。我尤其欣賞它對不同工藝步驟之間相互影響的論述。例如，在講解刻蝕工藝時，它會追溯到前道的光刻工藝，並嚮前展望到後續的薄膜沉積和互連工藝，闡述瞭不同環節的協同作用。在測試方麵，它也展示瞭如何根據工藝的特點來設計相應的測試流程，如何從測試結果反饋到工藝改進。這種全局性的思考方式，對於理解半導體製造的復雜性至關重要。而且，書中的語言風格非常專業且嚴謹，但又不失可讀性。它能夠準確地傳達復雜的概念，同時又能激發讀者的求知欲。這本書就像一個導航圖，為我指明瞭在半導體這個廣闊海洋中前進的方嚮，讓我能夠更清晰地規劃我的學習路徑。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我之前對半導體工藝一直抱有一種“隻可遠觀，不可近玩”的態度，覺得它太高深，離我太遙遠。但《半導體工藝與測試實驗》這本書徹底改變瞭我的看法。它用一種非常接地氣的方式，將那些看似神秘的工藝步驟和測試方法，分解成一個個易於理解的單元。我最喜歡的部分是它對各種缺陷的成因和檢測方法的梳理。從錶麵缺陷到內部缺陷，從光學顯微鏡到掃描電鏡，它都給齣瞭詳盡的介紹，並說明瞭如何通過不同的測試手段來識彆和量化這些缺陷。這讓我認識到，即使是最微小的瑕疵，在半導體製造中也可能産生巨大的影響，而精準的測試則是發現這些問題的關鍵。書中提供的實驗方案，也充滿瞭實踐的指導意義，我能夠想象到自己在實驗室裏，按照書中的指引一步步操作，最終得到有意義的數據。這本書讓我看到瞭半導體工藝背後的人類智慧和科技的力量，也讓我對未來在這個領域的學習和工作充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像一位經驗豐富的老工程師，帶著你一步步走進半導體世界的奇妙殿堂。它並非那種枯燥乏味的教科書，而是充滿瞭智慧的火花和實用的技巧。我最欣賞的是它那種“授人以漁”的教學方式。它不會直接告訴你所有答案，而是引導你去思考，去探索。在工藝部分，它詳細講解瞭每一步的物理化學原理，以及不同參數對最終産品性能的影響。這讓我明白瞭為什麼某個步驟需要精確控製，為什麼某個參數的微小波動會帶來巨大的差異。而在測試篇，它更是將抽象的電學測量概念變得具體可感。從基本的伏安特性測試，到復雜的良率分析，書中的講解都非常到位，而且提供瞭大量的圖錶和實例，幫助我理解數據背後的意義。我特彆喜歡它在講解測試方法時，會強調其局限性和適用範圍，這對於我理解測試結果的可靠性非常有幫助。它就像一本武林秘籍，教會我如何運用各種“內功心法”（理論）和“招式套路”（實驗操作）來駕馭半導體這個復雜而迷人的領域。