硅元件与积体电路制程(修订版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　此书为探讨「硅元件与积体电路制程」之教科书。

　　本书第1.2章探讨硅半导体材料之特性。从硅导体之物理概念开始，一直到半导体结构、能带做完整的解说。

　　第3.4章则说明积体电路的原理、结构及制程。

　　第5.6章则着重于硅晶圆的配制。

　　全书通用于大专院校电子、电机科系「积体电路制程」或「半导体物理与元件」课程做为教材。

芯片之光：从材料到系统的半导体器件设计与制造 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的半导体器件设计与制造的知识框架，内容涵盖了从最基础的半导体物理到复杂集成电路的系统级应用。本书的编撰理念侧重于理论与实践的紧密结合，力求在阐述核心原理的同时，展现现代半导体技术在工业界的应用现状与未来趋势。全书结构清晰，逻辑严谨，适合作为高等院校电子工程、材料科学、微电子学等相关专业本科生及研究生的教材或参考书，同时也为行业内的工程师提供了一个深入理解和回顾专业知识的平台。 第一部分：半导体基础物理与材料 本部分是理解后续复杂器件工作机理的基石。我们首先从晶体结构、能带理论和载流子输运等基础概念入手，详细阐述了硅、锗等III-V族半导体的基本电学特性。重点讨论了掺杂的原理、杂质能级对材料导电性的影响，以及费米能级在不同温度和掺杂浓度下的变化规律。 随后，本书深入探讨了载流子在电场和磁场中的运动行为，包括漂移和扩散过程，并引入了爱因斯坦关系和寿命等关键参数。在材料方面，我们将详述半导体晶体的生长技术，例如Czochralski（CZ）法和外延生长技术，探讨晶体缺陷（如位错、点缺陷）对器件性能的负面影响，并介绍了先进材料如SOI（绝缘体上硅）和SiC（碳化硅）在特定应用中的优势。 第二部分：核心半导体器件的物理模型 本部分聚焦于构成现代集成电路的几类核心器件。首先，对PN结进行了详尽的分析，包括其形成机制、势垒电容、反向击穿特性，以及不同偏置状态下的电流-电压（I-V）特性。这部分内容将推导出重要的二极管方程，并探讨温度效应对其影响。 接着，本书将重点剖析双极性晶体管（BJT）。从物理结构出发，详细推导了Ebers-Moll模型和更先进的非理想模型，分析了基极电流控制集电极电流的基本原理，并深入讨论了高频性能（如$f_T$和$f_{alpha}$）的限制因素，包括渡越时间效应和集电结时间常数。 第三部分：MOSFETs：现代集成电路的支柱 这一部分将花费大量篇幅讨论金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），这是当前绝大多数数字和模拟电路的基础。我们将系统地介绍MOS结构（MOSCapacitor）的工作原理，包括：理想MOS的四种工作区（强反型、弱反型、耗尽、积累）的电容-电压（C-V）特性分析。 随后，重点转向NMOS和PMOS晶体管的I-V特性。线性区、饱和区的导通电阻和跨导的精确数学描述将是核心内容。本书特别关注短沟道效应（SCE）的物理根源，如DIBL（漏致势垒降低）和阈值电压随沟道长度的变化，并阐述了应对这些效应的关键技术，如沟道掺杂的工程设计。 此外，还会详细介绍先进的器件结构，如FinFET和GAA（Gate-All-Around）结构，分析它们如何通过更好地控制沟道电场，实现对短沟道效应的有效抑制，从而维持摩尔定律的持续发展。 第四部分：半导体集成电路制造工艺基础 本部分从微观层面解析集成电路的制造流程。我们将详细介绍薄膜沉积技术（如LPCVD、PECVD、ALD），薄膜的电学特性和应用。光刻技术是微电子制造的“手术刀”，本书将深入探讨光刻的成像原理、分辨率的限制因素（如掩模、物镜、光刻胶的综合作用），以及先进的浸没式和EUV（极紫外）光刻技术的发展。 刻蚀技术是定义电路图形的关键步骤，内容将覆盖干法刻蚀（如Rie和Bosch工艺）的等向性与各向异性控制，以及湿法刻蚀的机理。离子注入技术作为精确掺杂的手段，其能量、剂量控制和退火修复过程也将得到详尽的论述。最后，将介绍金属互连的形成，包括阻挡层、籽晶层、填充过程（如电镀或PVD），以及化学机械抛光（CMP）在实现平面化过程中的关键作用。 第五部分：器件特性与可靠性工程 本部分关注器件在实际工作条件下的性能表现与长期可靠性问题。我们将分析器件的寄生效应，如串联电阻、栅极电容和结电容，以及它们如何影响电路的速度和功耗。 在可靠性方面，本书将探讨几种主要的失效机制，包括：热载流子注入（HCI）导致的阈值电压漂移、栅氧化层的TDDB（时间依赖性介质击穿）和EM（电迁移）对金属互连寿命的影响。针对这些问题，我们将介绍相应的测试方法和设计裕度要求，以确保芯片能够在预期的工作寿命内稳定运行。 第六部分：先进工艺与新兴技术展望 本书的最后一部分将目光投向未来。内容涵盖了先进封装技术（如2.5D/3D集成），探讨异质集成如何突破传统CMOS扩展的瓶颈。此外，还会简要介绍非易失性存储器（如MRAM、ReRAM）的工作原理及其在未来计算架构中的潜在地位，以及功率半导体（如GaN、SiC）在新能源和电力电子领域的应用前景。 本书力求在严谨的物理基础之上，构建一个完整的半导体技术认知体系，引导读者从材料的微观世界，逐步理解到最终芯片的宏观功能实现。

　　第0章　半导体与积体电路之发展史 0-1

0-1　半导体之缘起 (Semiconductor History) 0-2

0-2　电晶体 (Transistor) 0-2

0-3　积体电路(Integrated Circuit) 0-4

0-4　半导体制程(Semiconductor Processes) 0-14

　　第1章　半导体物理与材料(一) 1-1

1-1 原子模型与週期表(Atomic Model andPeriodic Table) 1-2

1-2　晶体结构(Crystal Structure) 1-4

1-3　物质种类(Types of Material) 1-7

1-4 本质硅，质量作用定律 (Intrinsic Silicon,Mass-action Law) 1-9

1-5 掺杂质，负型和正型　(Dopant, n-type and ty.

习题 1-11

　　第2章　半导体物理与材料(二) 2-1

2-1　能带(Energy Band) 2-2

2-2 电阻系数与薄片电阻 (Resistivity and SheetResistance 2-5

2-3　载子传输(Carrier Transport) 2-9

习题 2-11

　　第3章　积体电路(I):半导体元件 3-1

3-1　二极体 (Diode) 3-2

3-2　双载子电晶体 (Bipolar Transistor) 3-5

3-3　金氧半场效电晶体 3-9

3-4 互补金氧半场效电晶体(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 3-12

3-5　电阻 (Resistor) 3-13

3-6 电容 (Capacitor) 3-15

3-7 电感 (Inductor) 3-16

习题 3-17

　　第4章　积体电路(II)：制程、电路与佈局 4-1

4-1 双载子制程技术(Bipolar FabricationTechnology) 4-2

4-2 MOS制程技术 (MOS FabricationTechnology) 4-2

4-3 电路与积体电路 (Circuit and IntegratedCircuit) 4-6

4-4 设计原则 (Design Rules) 4-9

4-5 佈局原则 (Layout) 4-11

习题 4-14

　　第5章　硅晶圆之制作(一) 5-1

5-1　原料配制(Starting Materials) 5-2

5-2　晶体生长时掺杂质之分佈(DopantsDistribution in Crystal Growth) 5-5

5-3　晶体缺陷（Crystal Defects） 5-6

习题 5-10

　　第6章　硅晶圆之制作(二) 6-1

6-1　晶体方向（Crystal Orientation） 6-2

6-2　硅晶棒生长 (Silicon Ingot Growth) 6-4

6-3　晶片方向，切割，和抛光(Orientation，Sawing，and Polishing) 6-6

6-4 十二吋晶圆效益分析 6-8

习题 6-10

　　第7章　硅磊晶的成长(一) 7-1

7-1　磊晶膜（Epitaxial Layout） 7-2

7-2　磊晶原理（Epitaxy Theory） 7-5

7-3　磊晶膜之生长程序Growth of Epitaxial Layer 7-11

习题 7-13

　　第8章　硅磊晶的成长(二) 8-1

8-1　磊晶系统（Epitaxy System） 8-2

8-2 磊晶膜之评估Evaluation of Epitaxial Layers） 8-5

习题 8-8

　　第9章　氧化制程(一) 9-1

9-1　二氧化硅与氧化（Silicon Dioxide and Oxidation） 9-2

9-2　热氧化炉（Thermal Oxidation Furnance） 9-3

9-3　氧化程序（The Oxidation Process） 5-4

9-4 氧化膜之评估 （Oxide Evaluation） 9-7

9-5 氧化膜品质改进方法（Improvement of Oxide Quality） 9-9

习题 9-10

　　第10章　氧化制程(二) 10-1

10-1　氧化膜厚度之决定（Oxide Thickness Determination） 10-2

10-2　氧化反应（Oxidation Reaction） 10-5

10-3　薄氧化层（Thin Oxide） 10-7

10-4 热氧化时掺杂原子之重行分佈（Redistribution of Dopant Atoms DuringThermal Oxidation） 10-8

习题 10-9

　　第11章　掺杂质之扩散植入(一) 11-1

11-1　扩散概念 (The Idea of Diffusion) 11-2

11-2　扩散过程 (The Diffusion Process) 11-3

11-3　扩散之分佈曲线 (Distribution of Diffusion) 11-6

习题 11-19

　　第12章　掺杂质之离子植入(二) 12-1

12-1　离子植入 (Ion Implantation) 12-2

12-2　褪火 (annealing) 12-5

12-3　离子佈植在CMOS积体电路制程上的应用(Ion Implantation in CMOS ICFabrication) 12-8

12-3-1 调整电晶体起始临界电压 (TransistorThreshold Voltage Adjustment) 12-8

12-3-2 形成N及P型井区(N and P Wells Formation) 12

12-3-3 电晶体的隔离 (Isolation) 12-10

12-3-4 形成电晶体的源极与汲极(Source and Drain Formation) 12-11

12-3-5 形成低掺杂浓度的汲极(Lightly-Doped Drain Formation) 12-12

12-3-6 掺杂复晶硅 (Poly-silicon Doping) 12-12

12-4 离子佈植制程实务(Problems in Ion Implantation) 12-13

12-4-1 晶圆冷却 (Wafer Cooling) 12-13

12-4-2 光阻问题(Resist Problems) 12-13

12-4-3 电荷中和 (Charge Neutralization) 12-14

12-3-4 微尘与污染 (Dust and Contamination) 12-14

习题 12-16

　　第13章　微影蚀刻术(一) 13-1

13-1　微影蚀刻技术(Lithography) 13-2

13-2　光罩之制作(Fabrication of Mask) 13-2

13-3　光微影术(photolithography) 13-5

13-4 微影术之光源(Photolithographic sources) 13-11

13-4-1 X光微影(X-ray Lithography) 13-12

13-4-2 电子束微影(Electron Beam Lithography) 13-15

习题 13-18

　　第14章　微影蚀刻术(二) 14-1

14-1　湿、干蚀刻(Wet and Dry Etching) 14-2

14-2　湿蚀刻(Wet Etching) 14-2

14-3　干蚀刻(Dry Etching) 14-3

14-3-1 电浆反应器中基板被覆区之生成机制(mechanism of sheath formation onsubstrate in plasma reactor)

14-3-2 底切与非均向性蚀刻(undercut and anisotropic etching) 14-5

14-4 干蚀刻反应器 (Dry Etching Reactors) 14-6

14-4-1 电容耦合式电浆反应器 (CapacitanceCoupled Plasma Reactor) 14-7

14-4-2电感耦合式电浆反应器 (InductanceCoupled Plasma Reactor-ICP) 14-8

习题 14-10

　　第15章　化学气相沉积 15-1

15-1　化学气相沈积概念 (Introduction of CVD) 15-2

15-2　化学气相沈积流程(CVD Procedures) 15-5

15-3　低压化学气相沉积(LPCVD-Low Pressure CVD) 15-10

15-4 电浆化学气相沉积(PCVD-Plasma CVD) 15-10

15-5 光照射化学气相沉积 (Photo CVD) 15-11

15-6 液相沉积法 (Liquid Phase Deposition) 15-11

习题 15-12 ty.

　　第16章　金属接触与蒸着 16-1

16-1 金属化之要求 (MetallizationRequirements) 16-2

16-2　真空蒸着(Vacuum Deposition) 16-8

16-3 蒸着技术(Deposition Techniques) 16-3

16-4　真空蒸着程序 (Vacuum DepositionProcedure) 16-12

16-5 合金/退火(Alloy/Anneal) 16-14

16-6 铜制程技术(Copper Processes) 16-15

习题 16-18

　　第17章　制程洁净控制与安全(一) 17-1

17-1 洁净程序与药品　(Cleaning Procedures and Chemical

17-2　水 (Water) 17-4

17-3 空气/无尘室 (Air/Clean Room) 17-5

17-4 人员 (Personnel) 17-8

17-5 化学药品 (Chemicals) 17-9

17-6　气体 (Gases) 17-11

习题 17-12

　　第18章　制程洁净控制与安全(二) 18-1

18-1　高压气瓶 (High Pressure Cyclinder) 18-2

18-1-1 高压气瓶之使用 18-3

18-2　压力调节器 (Regulator) 18-4

18-3 吹净 (Blow Up) 18-5

18-4 洩漏侦测 (Leak Check) 18-5

18-5 设备上应注意事项 (Equipment Check) 18-5

18-6 废气之排放 (Exhaust) 18-6

18-6-1 气体排放 18-6

18-6-2 排放气体的除害 18-7

18-7　紧急时应注意事项 (Emergency) 18-10

18-7-1 洩漏气体时的紧急处置 18-10

18-7-2 发生火警时的紧急处置 18-10

18-7-3 中毒时的紧急处置 18-11

18-7-4 预 防 18-11

习题 18-12

　　第19章　半导体元件之缩小化 19-1

19-1 金氧半电晶体之缩小化 (Scaling of MOSTransistor) 19-2

19-2　短通道效应 (short-channel effects) 19-4

19-2-1　速度饱和效应(velocity saturation) 19-4

19-2-2 通道长度调变效应 (channel-lengthmodulation) 19-6

19-2-3 次临界电流效应 (subthreshold current) 19-7

19-2-4 击穿效应 (punchthrough) 19-8

19-2-5 CMOS闩启 (latch-up) 19-9

习题 19-11

　　第20章　积体电路封装 20-1

20-1　积体电路封装 (IC Package) 20-2

20-1-1 积体电路中半导体元件失效的主因(IC Failure Analysis) 20-2

20-1-2 封装的目的 (Target of Packaging) 20-2

20-1-3 积体电路封装材料的要求 (MaterialReguirement) 20-3

20-2　封装分类 (Classification) 20-3

20-3　封装流程 (Packaging Flow Chart) 20-5

20-3-1 背面研磨 (Back-Side Grinding) 20-5

20-3-2 晶粒拣选 (Chip Sorting) 20-5

20-3-3 晶圆切割 ( Sawing) 20-6

20-3-4 銲晶 (Die Attaching) 20-8

20-3-5 銲线 (Wire Bonding) 20-8

20-3-6 封胶 (Molding) 20-12

20-3-7 电镀 (Solder Plating) 20-12

20-3-8 弯脚成形 (Forming) 20-13

20-3-9 最后测试 (Final Testing) 20-14

20-3-10 打包 (Packing) 20-14

评分☆☆☆☆☆

这本《硅元件与积体电路制程(修订版)》真的是近期最让我惊喜的专业书籍之一！身在台湾这个科技产业的重镇，从学生时期就对半导体产业充满好奇，毕业后更是投身其中，每天接触的都是和 IC 相关的各种知识。我一直觉得，要真正理解一个产业，不能只停留在表面的产品，而是要深入到最根本的制造流程。这本书恰恰满足了我这个需求。 从初翻书页开始，我就被它条理清晰的叙事方式所吸引。作者用非常扎实的理论基础，搭配生动形象的图解，将硅元件的诞生到最终集成到电路板上的整个过程，娓娓道来。我特别喜欢它在讲解各个制程环节时，会深入到材料科学的层面，比如在介绍光刻技术时，不只是讲流程，还会解释为什么需要特定波长的光、光刻胶的化学性质如何影响分辨率等等，这些细节对于我们这些在生产线上摸爬滚打的人来说，简直是醍醐灌顶。而且，书中对不同制程技术的发展历程也有详细的梳理，让我们能够看到技术是如何一步步演进，克服了哪些难关，这对于理解当前技术瓶颈和未来发展方向非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

话说，最近真的觉得在台湾这个科技岛上，想要不了解半导体行业，几乎是不可能的任务。我自己虽然不直接从事IC制造，但身边的朋友、亲戚很多都和这个产业息息相关，聊天时经常听到一些专有名词，听得云里雾里的。《硅元件与积体电路制程(修订版)》这本书，我本来是抱着“学习一下，至少能听懂大家说话”的心态去看的，结果完全超乎我的预期！ 这本书的叙述方式真的非常吸引人，它不是那种冷冰冰的学术论文，而是像一个经验丰富的老师，用一种循序渐进的方式，把你带入到半导体制造的世界里。一开始，我以为会充斥着各种我看不懂的化学式和物理公式，结果作者巧妙地将这些复杂的原理，通过清晰的图示和生活化的比喻展现出来。比如，在讲解“掺杂”这个概念时，作者就用“给纯净水加糖”来类比，瞬间就让一个原本抽象的概念变得触手可及。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《硅元件与积体电路制程(修订版)》这本书，就像一股清流，彻底刷新了我对这类专业书籍的认知。我本身是文科背景，平日里对理工科的知识总是敬而远之，但最近因为工作需要，需要对半导体产业有所了解，朋友便推荐了这本书。 一开始我有点犹豫，担心会看不懂，但翻开之后，我简直欲罢不能。作者的文字非常流畅，一点也不像那种干巴巴的教科书。更让我惊喜的是，书中大量的图表和示意图，将原本复杂的制程步骤，描绘得一目了然。我尤其喜欢作者在讲解一些关键概念时，会进行类比和比喻，比如在解释“光刻”时，他会用“照相”来比喻，这让我一个完全不懂行的人，也能快速抓住核心要点。 而且，这本书的编排也非常用心，每个章节都像是在讲述一个完整的故事，从硅的提纯，到晶圆的生长，再到各种复杂的蚀刻、沉积、光刻工艺，最后到封装测试，整个流程衔接得天衣无缝。即使是其中的专业术语，作者也会在初次出现时进行详细的解释，并配以插图，让人不会感到困惑。我感觉，这本书不仅仅是给理工科学生看的，对于任何想了解现代科技是如何诞生的读者来说，都是一本不可多得的佳作。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚拿到《硅元件与积体电路制程(修订版)》的时候，我抱着一种“看看就好”的心态。毕竟我本身也不是读电子工程背景的，对这些技术术语总有点望而却步。但是，这本书的写法真的让我刮目相看！它不是那种枯燥乏味的教科书，而是像一位经验丰富的前辈，用一种非常接地气的方式，一步步引导你走进这个复杂的世界。 最让我印象深刻的是，作者在讲解很多抽象概念的时候，会举一些很贴近生活的例子。比如，在讲到晶体管的开关原理时，他会用家里的电灯开关来类比，瞬间就把原本高深的物理概念变得容易理解。而且，书中对不同制程工艺的优缺点分析也特别到位，不会只强调某一种技术有多么先进，而是会从成本、效率、应用场景等多个维度去考量，这让我觉得作者的分析非常客观和全面。对于我们这些非专业人士来说，能够通过这本书对 IC 产业有一个宏观且深入的认识，真的是一件非常难得的事情。

评分☆☆☆☆☆

我从事半导体工艺制程的工作已经有七八年的时间了，手上看过不少相关的书籍，但《硅元件与积体电路制程(修订版)》这本书，绝对是我近几年来遇到的最“对胃口”的一本。尤其是它在“修订版”这个名字上就体现了作者与时俱进的态度，这一点让我非常欣赏。 我特别关注书中关于新一代制程技术的部分，比如 EUV 光刻、3D 堆叠技术等。这些都是我们日常工作中经常会接触到，甚至是正在研发攻克的关键技术。书中的讲解，不仅仅是罗列了技术名词，而是深入剖析了这些技术背后的原理、面临的挑战以及未来的发展趋势。作者对于每个制程步骤的细节描述都非常到位，比如在讲解刻蚀过程时，对不同刻蚀方法（干法、湿法）的机理、优缺点以及在实际应用中的考量都进行了详细的阐述，这对于我这样的基层工程师来说，是极具参考价值的。