半导体器件新工艺 梁瑞林 9787030212535 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梁瑞林 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030212535

商品编码：29696605055

包装：平装

出版时间：2008-04-01

基本信息

书名：半导体器件新工艺

定价：23.00元

作者：梁瑞林

出版社：科学出版社

出版日期：2008-04-01

ISBN：9787030212535

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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“表面组装与贴片式元器件技术”丛书采用图文并茂的图解方式，其目的就是要让读者在没有条件一一目睹和体验各类表面组装实物以及各种贴片式电子元器件的情况下，通过图（有些是照片）文对照的方式，更好地理解与应用本丛书传递的知识与信息。 本书主要介绍了单晶硅圆片的加工技术，大规模集成电路的设计制版、芯片加工与封装检验技术，多种类型的半导体材料与器件的应用，及其未来的展望等内容。

内容提要

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本书为“表面组装与贴片式元器件技术”丛书之一。本书主要介绍了单晶硅圆片的加工技术，大规模集成电路的设计制版、芯片加工与封装检验技术，多种类型的半导体材料与器件的应用，及其未来的展望等内容。本书在内容上，力图尽可能地向读者传递国际上先进的半导体制造技术方面的前沿知识，避免冗长的理论探讨，体现了本书的实用性。
　　本书可以作为电子电路、微电子、半导体材料与器件、电子科学与技术等领域的工程技术人员以及科研单位研究人员的参考资料，也可以作为工科院校相关专业师生的参考用书。

目录

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章　概述
　1.1　半导体器件的发展史
　1.2　半导体的基础知识
　　1.2.1　本征半导体的电阻率较高
　　1.2.2　利用掺杂的方法降低半导体的电阻率
　　1.2.3　半导体的电阻率随着温度升高而迅速下降
　　1.2.4　半导体的电阻率随着光照度的增加而下降
　　1.2.5　半导体材料的光生伏特效应
　　1.2.6　半导体材料具有场致发光效应
　　1.2.7　不同类型半导体材料之间的帕尔帖效应
　　1.2.8　半导体材料其他可供利用的效应
　　1.2.9　半导体材料可以制作成集成电路
　1.3　大规模集成电路技术的发展现状
第2章　单晶硅圆片
　2.1　高纯度硅材料的制备
　2.2　单晶硅锭的加工
　　2.2.1　单晶硅圆片的工艺流程及制作方法
　　2.2.2　用提拉法制作单晶硅锭的过程
　2.3　单晶硅圆片的加工
　　2.3.1　单晶硅的切片工艺
　　2.3.2　单晶硅片的倒角加工
　　2.3.3　单晶硅片的机械研磨
　　2.3.4　单晶硅片的化学研磨
　　2.3.5　单晶硅片的退火
　　2.3.6　单晶硅片的镜面研磨
　　2.3.7　单晶硅片的清洗
　　2.3.8　单晶硅片的检查与包装
　　2.3.9　单晶硅片的外延生长
　　2.3.10　绝缘层上的单晶硅圆片SOI
第3章　大规模集成电路的设计与制版
　3.1　大规模集成电路的一般知识
　　3.1.1　集成电路的发明
　　3.1.2　集成电路的集成度分类法
　　3.1.3　大规模集成电路的功能分类法
　　3.1.4　大规模集成电路的工作原理分类法
　　3.1.5　大规模集成电路的主要制造工艺
　3.2　大规模集成电路的设计
　　3.2.1　大规模集成电路的设计综述
　　3.2.2　电子电路设计
　　3.2.3　图版设计与原图工艺
　3.3　大规模集成电路的制版工艺
　　3.3.1　制版工艺综述
　　3.3.2　玻璃基板的选择与加工处理
　　3.3.3　镀膜
　　3.3.4　涂布感光胶
　　3.3.5　描图曝光
　　3.3.6　坚膜
　　3.3.7　显影
　　3.3.8　腐蚀
　　3.3.9　图版检查、修正与覆盖保护膜
　　3.3.10　相位移光掩模与光学仿真矫正光掩模
第4章　大规模集成电路的芯片加工
　4.1　芯片加工工艺流程
　　4.1.1　芯片加工工艺综述
　　4.1.2　芯片加工的主要工艺
　　4.1.3　大规模集成电路的芯片加工工艺流程
　　4.1.4　超净工作室
　4.2　不同性质的加工工艺
　　4.2.1　清洗
　　4.2.2　氧化
　　4.2.3　化学气相沉积
　　4.2.4　光刻
　　4.2.5　干式腐蚀
　　4.2.6　离子注入
　　4.2.7　退火
　　4.2.8　溅射
　　4.2.9　化学机械研磨
　　4.2.10　阶段性工艺检查
　4.3　不同加工对象的加工工艺
　　4.3.1　不同加工对象的加工工艺概述
　　4.3.2　形成隔离区
　　4.3.3　形成阱
　　4.3.4　形成晶体管
　　4.3.5　形成位线
　　4.3.6　形成电容器
　　4.3.7　形成互连线
第5章　大规模集成电路的封装与检验
　5.1　集成电路封装概述
　　5.1.1　集成电路封装形式的发展
　　5.1.2　双列直插封装DIP　
　　5.1.3　方形扁平封装QFP
　　5.1.4　球栅阵列封GA
　　5.1.5　芯片尺寸封装CsP
　　5.1.6　多芯片封装模块MCM
　5.2　大规模集成电路的封装工艺
　　5.2.1　大规模集成电路封装工艺的流程
　　5.2.2　单晶硅圆片背面研磨
　　5.2.3　划片
　　5.2.4　将芯片固定在基座上
　　5.2.5　焊接引线
　　5.2.6　塑料封装
　　5.2.7　引脚表面镀层处理
　　5.2.8　引脚切断、成型、打印标志
　5.3　大规模集成电路封装的检验
　　5.3.1　电子元器件的失效曲线
　　5.3.2　老化
　　5.3.3　条件循环试验
第6章　多种类型的半导体材料
　6.1　元素半导体
　6.2　化合物半导体
　　6.2.1　化合物半导体的分类
　　6.2.2　砷化镓
　　6.2.3　其他Ⅲ-V族化合物半导体
　　6.2.4　Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体
　　6.2.5　Ⅳ-Ⅳ族与Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体
　6.3　非晶半导体
　　6.3.1　非晶半导体是原子排列不规则的半导体
　　6.3.2　发展初期的非晶半导体
　　6.3.3　非晶半导体研究中的难题
　　6.3.4　新的学科门类——固体化学
　　6.3.5　非晶半导体的种类
　　6.3.6　非晶半导体的特点
　　6.3.7　非晶半导体的应用
　6.4　固溶体半导体
　　6.4.1　含砷镓的固溶体半导体
　　6.4.2　含碲的固溶体半导体
　　6.4.3　含碲铋的固溶体半导体
　　6.4.4　多元化固溶体半导体的研发方向
　6.5　半导体陶瓷
　　6.5.1　半导体陶瓷的共性
　　6.5.2　高温还原气氛造成的陶瓷半导体化
　　6.5.3　不同化合价的元素置换造成陶瓷半导体化
　　6.5.4　正温度系数热敏电阻陶瓷
　　6.5.5　负温度系数热敏电阻陶瓷
　　6.5.6　临界值热敏电阻陶瓷
　　6.5.7　压敏电阻陶瓷
　　6.5.8　气敏电阻陶瓷
　　6.5.9　湿敏电阻陶瓷
　　6.5.10　多功能半导体陶瓷
　6.6　有机半导体
　　6.6.1　有机半导体的现状与分类
　　6.6.2　共轭双键有机化合物半导体
　　6.6.3　电荷转移络合物
　　6.6.4　高分子有机化合物
　6.7　超晶格半导体
第7章　半导体材料与器件的未来展望
　7.1　摩尔定律
　　7.1.1　硅集成电路发展过程中所遵循的摩尔定律
　　7.1.2　摩尔定律将会失灵
　　7.1.3　掺杂均匀性对摩尔定律的限制
　　7.1.4　集成电路的功耗密度对摩尔定律的限制
　　7.1.5　光刻技术对摩尔定律的限制
　　7.1.6　互连线对摩尔定律的限制
　7.2　半导体器件的深入发展
　　7.2.1　发展砷化镓和磷化铟单晶材料
　　7.2.2　开发宽带隙半导体材料
　　7.2.3　开发低维半导体材料
　　7.2.4　未来展望
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《半导体器件新工艺》 引言： 随着信息技术的飞速发展，半导体器件作为现代电子产品的核心，其性能的提升和功耗的降低已成为全球科技竞争的焦点。从智能手机到高性能计算，从医疗设备到航空航天，无处不在的半导体技术正以前所未有的速度改变着我们的生活。而驱动这一切变革的，正是不断涌现的半导体器件新工艺。这些新工艺不仅关乎器件性能的极限突破，更对整个产业链的效率、成本以及可持续发展产生深远影响。 本书旨在深入探讨半导体器件制造领域的前沿技术和创新工艺。我们不仅关注器件本身的设计和性能指标，更着眼于实现这些高性能器件的制造技术。本书将从基础理论出发，逐步深入到各种先进工艺的细节，并结合实际应用和未来发展趋势，为读者提供一个全面、系统、深入的理解。 第一章：半导体器件发展历程与工艺瓶颈 半导体器件的起源与演进： 晶体管的发明及其对人类社会的巨大影响。 集成电路的诞生与摩尔定律的驱动。 微电子技术如何从分立器件走向大规模集成。 不同代际的半导体工艺发展回顾，如硅平面工艺、深亚微米工艺、纳米级工艺等。 经典器件结构（MOSFET、BJT）的演进和基本工作原理。 传统硅基工艺的局限性： 尺寸效应（Scaling Limit）： 随着器件尺寸的不断缩小，量子效应、漏电流、沟道长度调制等问题日益突出，使得传统的缩小尺寸来提升性能的策略面临瓶颈。 功耗问题（Power Consumption）： 高性能计算对功耗提出了严峻挑战，漏电功耗和动态功耗成为制约器件性能提升的重要因素。 材料限制（Material Limitations）： 硅作为主流半导体材料，在某些性能指标上（如载流子迁移率、带隙）存在固有的局限性，难以满足未来更严苛的应用需求。 制造工艺的复杂性与成本： 越来越精密的制造工艺需要更昂贵的设备、更洁净的环境和更严格的控制，导致生产成本急剧上升。 热管理挑战（Thermal Management）： 高集成度和高功耗使得器件散热成为一个棘手的问题，影响器件的可靠性和寿命。 互连线瓶颈（Interconnect Bottleneck）： 随着器件数量的增加，金属互连线的电阻和电容成为限制信号传输速度和功耗的关键因素，即“互连线瓶颈”。 可靠性问题（Reliability Issues）： 在极小尺寸下，电迁移、应力迁移、栅介质击穿等可靠性问题变得更加严峻。 第二章：下一代半导体材料与器件结构 超越硅的材料探索： III-V族半导体（如GaAs, GaN）： 优异的载流子迁移率和击穿电场，适用于高频、高功率应用，如射频器件、功率电子。 二维材料（如石墨烯, MoS2, WSe2）： 极高的载流子迁移率，优异的导电性和热导性，以及独特的量子效应，是实现超小型、高性能晶体管的潜在材料。 氧化物半导体（如IGZO）： 良好的透明度、高迁移率和低漏电，适用于显示驱动、低功耗逻辑电路。 碳纳米管（Carbon Nanotubes）： 极高的载流子迁移率和特殊的电学性质，有望用于高性能晶体管和传感器。 新型半导体合金与复合材料： 探索具有特定光学、电学或热学性质的复合材料。 颠覆性器件结构设计： FinFET（鳍式场效应晶体管）： 克服了平面CMOS的短沟道效应，提供更好的栅控能力，是当前主流的先进工艺节点器件。 GAAFET（全环绕栅场效应晶体管）： 进一步提升栅控能力，实现更小的尺寸和更低的功耗，是FinFET的下一代主流。包括Nanosheet、Nanowire等结构。 垂直晶体管（Vertical Transistors）： 减少器件占用的平面面积，提高集成密度。 3D集成技术（3D Integration）： 将多个芯片堆叠或互连，实现更高集成度和更短的信号通路，如TSV（硅通孔）技术。 负电容晶体管（Negative Capacitance Transistor, NCT）： 利用铁电材料的负电容效应，实现亚阈值摆幅（Subthreshold Swing, SS）的降低，从而大幅降低晶体管的开关功耗。 量子点（Quantum Dots）与量子阱（Quantum Wells）器件： 利用量子限制效应，实现新颖的光电器件和逻辑器件。 隧道场效应晶体管（Tunnel FET, TFET）： 利用量子隧道效应实现低于kTln(10)的亚阈值摆幅，从而实现超低功耗开关。 第三章：先进半导体制造工艺解析 光刻技术的突破： 深紫外光刻（DUV）的极限与演进： ArF液浸光刻（193i）在关键层上如何突破衍射极限。 极紫外光刻（EUV）技术： 原理、挑战（光源、掩模、光学系统、反射涂层）与应用，实现2nm及以下工艺节点的关键。 多重曝光技术（Multi-patterning）： 在EUV尚未大规模应用前的关键解决方案，如LELE, SADP, SAQP。 先进光刻胶（Photoresist）材料： 对光刻分辨率、灵敏度、侧壁形貌的要求。 刻蚀（Etching）工艺的精进： 等离子体刻蚀（Plasma Etching）的原理与控制： 离子轰击、自由基反应，如何实现高选择性、高均匀性和高深宽比。 干法刻蚀（Dry Etching）与湿法刻蚀（Wet Etching）： 各自的优势与局限。 原子层刻蚀（Atomic Layer Etching, ALE）： 实现精确的原子层级去除，对未来精密制造至关重要。 定向刻蚀（Directional Etching）与侧壁保护（Sidewall Passivation）： 应对超小尺寸特征的挑战。 薄膜沉积（Thin Film Deposition）技术： 化学气相沉积（CVD）： 低温CVD (LT-CVD)、等离子体增强CVD (PECVD)、高密度等离子体CVD (HDPCVD)等。 物理气相沉积（PVD）： 溅射（Sputtering）、蒸发（Evaporation）。 原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）： 提供优异的薄膜均匀性、共形性（conformality）和厚度控制，是栅介质、表面钝化等关键工艺的基石。 新型薄膜材料的开发与应用： 高k介质（High-k Dielectrics）、低k介质（Low-k Dielectrics）、金属栅极（Metal Gate）、栅栅介质（Gate Dielectric）等。 掺杂（Doping）工艺的创新： 离子注入（Ion Implantation）： 控制注入剂量、能量和角度，实现精确掺杂。 快速热处理（Rapid Thermal Annealing, RTA）： 激活掺杂原子，修复损伤。 等离子体掺杂（Plasma Doping）： 减少对衬底的损伤，实现低能注入。 外延生长（Epitaxy）： 外延硅（Epi-Si）、外延SiGe（Epi-SiGe）等，用于提升器件性能。 互连技术（Interconnect Technology）的发展： 铜互连（Copper Interconnect）： 相较于铝，具有更低的电阻率。 化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）： 实现表面平坦化，对多层互连至关重要。 阻挡层/扩散阻挡层（Barrier/Adhesion Layer）： 防止金属原子扩散，如TaN, TiN。 低k介质材料的应用： 降低互连线的电容，提高信号传输速度。 3D IC封装与互连： TSV（硅通孔）、WLP（晶圆级封装）、SIP（系统级封装）等。 第四章：新兴半导体工艺技术与应用 量子计算与量子器件工艺： 超导量子比特、半导体量子点、离子阱等不同量子比特实现技术的制造挑战。 超低温、超高真空环境下的精密加工。 先进传感器技术： MEMS（微机电系统）的精密制造工艺。 生物传感器、化学传感器、光学传感器的集成制造。 柔性电子与可穿戴设备： 柔性基底材料的开发与加工。 印刷电子技术（Inkjet printing, Screen printing）的应用。 低温、低成本的制造工艺。 异质集成（Heterogeneous Integration）： 将不同材料、不同功能的芯片集成在同一封装中，如SiP。 Chiplet（芯粒）技术及其互连挑战。 人工智能硬件加速器（AI Hardware Accelerators）： 针对神经网络计算设计的专用集成电路（ASIC）。 神经形态计算（Neuromorphic Computing）器件的制造。 忆阻器（Memristor）等新型存储器件的工艺。 光电器件与光子集成： 硅光子（Silicon Photonics）技术：将光器件集成到硅基平台上。 LED、激光器、光探测器的先进制造工艺。 功率半导体器件（Power Semiconductors）： SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）等宽禁带半导体材料的制造工艺。 用于电动汽车、新能源、高压输电等领域。 第五章：未来展望与挑战 工艺节点的持续演进： 3nm、2nm及以下节点的制造挑战与技术路线。 原子级制造（Atomic-level Manufacturing）： 实现前所未有的精确度。 可持续半导体制造： 降低能耗、减少排放、循环利用。 新材料的突破与应用： 探索更具潜力的半导体材料。 设计与制造的协同： EDA工具与先进工艺的深度融合。 供应链的韧性与安全： 全球化背景下的挑战与机遇。 人才培养与技术传承： 推动半导体产业持续发展。 结论： 半导体器件新工艺的每一次飞跃，都代表着人类对微观世界认识的深化和工程能力的提升。本书系统性地梳理了半导体器件发展的脉络，深入剖析了当前面临的瓶颈，并着重介绍了下一代材料、器件结构以及层出不穷的先进制造工艺。从EUV光刻到ALD薄膜沉积，从FinFET到GAAFET，从SiC/GaN功率器件到AI专用芯片，本书旨在为半导体领域的科研人员、工程师、学生以及对这一前沿技术感兴趣的读者提供一个全面、深入的学习平台。理解并掌握这些新工艺，对于推动信息技术、人工智能、新能源等关键领域的发展至关重要，并将持续塑造我们的未来。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我是在一个朋友的强烈推荐下才入手这本的，他是一名资深工程师，对半导体行业有深入的了解，他反复强调这本书的“不可替代性”。我还没有仔细研读，但光是冲着这份推荐的含金量，我就觉得这本书的价值已经超出了标价本身。我平时接触的资料大多是零散的会议论文或者更新极快的在线文档，缺乏一个坚实的、系统性的知识框架来串联。我希望这本厚重的专著能填补我在宏观理解上的缺失。从第一印象来看，它的结构组织非常严谨，章节间的逻辑递进似乎安排得非常自然，不像有些书那样生硬地堆砌知识点。我更关注的是它对于“工艺”这个环节的描述，这往往是理论走向实践的关键瓶颈。如果这本书能清晰地剖析从材料选择到最终器件成型过程中，那些微妙的参数控制和潜在的制程挑战，那对我接下来的研究方向将是极大的助力。它给我的感觉是，这是一本需要静下心来，带着笔记本去啃的“硬骨头”，但啃下来的营养绝对是实打实的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计确实挺下功夫的，封面色彩搭配沉稳又不失活力，字体选择也很考究，拿在手里很有分量感。我个人特别看重书籍的整体质感，这本从纸张的厚度到印刷的清晰度，都透着一股“干货满满”的气息。虽然我还没来得及深入阅读内容，但光是翻阅目录和前言，就能感受到作者在梳理这个复杂领域时所下的巨大心力。看得出来，这不是那种为凑字数而堆砌的教材，而是经过深思熟虑的系统性论述。我尤其欣赏它在排版上的留白处理，这对于理工科专业书籍来说太重要了，能让读者在处理大量专业术语和复杂公式时，眼睛不至于那么快产生疲劳。这种对细节的关注，往往预示着内容本身的严谨与深度。我期待着后续的阅读体验能和这份精美的外包装一样令人满意，希望它能为我打开一扇了解前沿技术的窗户，而不是仅仅停留在理论的表面。总而言之，从一个“外貌协会”读者的角度来看，这本书的呈现方式是令人赞赏的，它成功地建立了专业书籍应有的权威感和阅读吸引力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚踏入这个领域的研究生，我面对市面上琳琅满目的参考书，常常感到无从下手，很多书要么过于侧重基础物理，对于实际操作指导不足；要么又过于偏向商业应用，缺乏深层次的理论支撑。我这次选择这本书，主要是被其书名中“新工艺”这三个字吸引。在飞速迭代的半导体领域，工艺的进步往往是推动行业发展的核心驱动力。我非常好奇作者是如何平衡“经典理论”与“最新发展”之间的关系。我更倾向于那些能够清晰阐述新工艺背后的物理机制，而不是简单罗列新技术的名称。例如，对于某一特定薄膜沉积技术，我希望书中能深入剖析其在不同温度、压力下的微观原子堆积过程，以及这对最终器件电学性能产生的非线性影响。如果这本书能提供这种深入的、机理层面的分析，那么它就不仅仅是一本教科书，更像是一个资深导师的经验总结。这份期待，是基于对高质量学术著作的一贯要求。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅确实令人望而生畏，厚实得像一块砖头，这本身就传递出一种信息：内容量巨大且密度极高。但有趣的是，尽管它很厚，我在快速浏览章节标题和插图时，并没有感到那种令人窒息的压迫感。我注意到书中的图表似乎制作得非常精良，许多示意图的复杂程度和信息密度都很高，这表明作者在努力用最直观的方式来解释晦涩难懂的制造过程。这对于我们这些需要跨学科学习的读者来说，是极大的便利。一个好的技术书籍，图文并茂是基础，但如何将复杂的流程图提炼出关键的控制节点，才是真正的功力所在。我期待这本书能提供足够多的案例分析或者“常见问题与解决”的章节，因为在实际的实验室操作中，理论的完美和现实的偏差之间总存在着巨大的鸿沟。如果作者能在这些“灰色地带”给予指导，这本书的实用价值将飙升不止一个档次。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我购买很多技术书籍往往是出于“跟风”心理，因为某个领域突然火了，大家都在推荐，但真正能读完并从中受益的寥寥无几。我对这本《半导体器件新工艺》的兴趣点在于其作者的名字——梁瑞林先生。在行业内，梁先生的一些研究成果和技术见解一直是颇受尊敬的标杆。因此，这本书对我而言，更像是一次与行业泰斗进行“隔空对话”的机会。我更关注的不是它罗列了多少种工艺，而是作者在介绍每一种工艺时所流露出的那种审慎和批判性的思维。是单纯的综述，还是带有鲜明的作者个人判断和经验总结？我更希望看到后者，即在描述完标准流程后，作者能够点出目前业界尚未解决的瓶颈，或是提出一些富有洞察力的未来发展方向的预测。只有融入了作者独特视角的知识，才能真正激发读者的思考，而不是简单地被动吸收信息。如果这本书能达到这种深度，那么它的价值将是长期的、具有启发性的。