半导体工厂：设备、材料、制程及提升产业复兴的处方签 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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半导体本身为高科技产品，因此制造半导体的工厂，集高科技、高know-how、高系统化为一身，是世界上最优秀的制造工厂。对于各制造产业来说，不仅是电子制造业的仿效模范，对于其他产业，也必须向半导体工厂学习。
 
　　着名的香港经济学家张五常曾说过，做工厂是很难的，能够做厂而赚钱的人非常厉害。

　　日本半导体界教父——菊地正典，集合40年业界心血结晶，介绍所有半导体工厂相关细节。从设厂开始，水电来源，各厂房的机台设备，制程详解，幕后制程，人员需求及证照规定，甚至提醒厂方与当地政府沟通，维持官商良好关系，到委託废弃物处理业者违法问题等。除了半导体电子相关业界，也是各产业不能不读的一本指南。
 
　　本书并由国立交通大学电子物理系教授 赵天生老师审定。
 
　　半导体工厂鸟瞰图
　　晶圆的纯度为99.999999999%
　　氮气供给设备，由空气中补给
　　佈线技术源自金属镶嵌工艺
　　冗余电路保险措施的导入
　　切割为头发十分之一的精密装置
　　最重要的成本在于相关税制而非人事
　　垂直式炉成为主流的原因
　　超纯水使用量高达数千吨
　　停电对策与静电对策
　　半导体工厂的氢爆事件
　　无尘室结构与使用
　　国际半导体厂的战略
　　尔必达，日本半导体凋落的原因

探寻微观世界的宏伟蓝图：现代集成电路制造的深度解析 本书旨在为读者描绘一幅关于现代集成电路（IC）制造工艺的全面而深入的图景。我们聚焦于半导体产业链中最为核心的环节——晶圆制造，详细阐述了从基础材料到最终成品芯片诞生的每一个关键步骤。本书内容侧重于技术原理、设备运作机制及其在实际生产中的应用挑战，力求为工程技术人员、研究学者以及对信息技术前沿感兴趣的读者提供一个系统性的知识框架。 第一部分：半导体基础与晶圆的诞生 本章首先奠定了理解整个半导体制造过程的理论基础。我们将从材料科学的视角切入，探讨硅晶圆作为现代电子工业基石的独特地位。重点解析高纯度硅的提炼、单晶硅的生长技术，特别是直拉法（Czochralski process）在大型硅锭制造中的应用及其对晶体缺陷的控制。随后的内容将深入探讨晶圆的加工流程，包括切割、研磨、抛光（CMP）技术，这些工艺直接决定了后续纳米级光刻的成功率。我们将剖析表面形貌对器件性能的影响，以及先进抛光液和磨料的化学机制。 第二部分：薄膜的艺术——沉积与刻蚀的交响 集成电路的本质是层层堆叠的微观结构。本部分是全书的技术核心，详细介绍了构成晶体管和互连线的各种薄膜的形成技术。 薄膜沉积技术： 我们将详尽对比化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PIM）两大类方法。 CVD 家族的深度探究： 重点解析低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子增强化学气相沉积（PECVD）和原子层沉积（ALD）。特别是对ALD技术，我们将阐述其自限制的反应机制，如何实现亚纳米级的厚度控制和极佳的均匀性，这对于制造先进逻辑器件的栅介质层至关重要。 PIM 技术的演变： 磁控溅射（Magnetron Sputtering）在金属互连层和阻挡层中的应用，分析溅射源的设计、等离子体的特性以及薄膜应力的控制。 关键的去除过程——刻蚀技术： 刻蚀是图形转移的另一半魔法。我们将区分湿法刻蚀和干法刻蚀。干法刻蚀部分将详细介绍反应离子刻蚀（RIE）、深反应离子刻蚀（DRIE，如Bosch工艺），并探讨等离子体中自由基和离子的产生、传输和表面反应机理。理解各向异性刻蚀的实现和侧壁保护层（Passivation Layer）的形成是本节的重点。 第三部分：图案的塑形——光刻技术的极限挑战 光刻（Photolithography）是决定芯片特征尺寸和密度的决定性步骤。本章系统梳理了光刻技术的发展脉络及其当前面临的物理极限。 光学原理与分辨率瓶颈： 从瑞利判据出发，解释数值孔径（NA）和曝光波长对分辨率的制约。详细介绍深紫外（DUV）光刻机的工作原理，包括光源（如193nm ArF Excimer Laser）的特性。 先进节点技术： 重点分析浸润式光刻（Immersion Lithography）的物理基础，包括液体的折射率如何扩展了光学系统的能力。随后，我们将转向下一代技术——极紫外光刻（EUV）。EUV 的真空环境要求、反射式光学系统设计、光源（激光等离子体）的效率挑战以及掩模版（Mask）的制造和缺陷检测，都将得到详尽的论述。 图形处理： 光刻后处理，包括掩模版的设计规则、光刻胶的选择（化学放大胶）、曝光与显影工艺的精确控制，以及如何通过 OPC（光学邻近效应校正）来弥补衍射带来的失真。 第四部分：掺杂与激活——定义器件电性的过程 晶体管的开关特性依赖于精确控制的半导体导电类型和载流子浓度。 离子注入技术（Ion Implantation）： 深入分析离子源的类型、加速电压的设置以及离子束的聚焦和扫描。重点讨论注入剂量和能量如何影响注入深度分布，以及伴随而来的晶格损伤问题。 激活与退火： 注入后的杂质原子通常处于非晶或损伤的晶格中，必须通过热处理（退火）来修复晶格损伤并激活掺杂剂。本节将对比快速热退火（RTA）和激光退火（LA）的优缺点，及其对器件亚阈值陡度（Subthreshold Slope）的影响。 第五部分：互连与集成——构建复杂电路的桥梁 随着晶体管尺寸的缩小，互连线的电阻、电容和串扰（RC Delay）成为制约芯片性能的主要因素。 金属化与双镶嵌工艺（Dual Damascene）： 分析铜互连工艺的引入，取代了传统的铝线。重点讲解铜的电镀过程、离子阻挡层（如TaN/Ta）的沉积，以及介质层（Low-k材料）的引入如何降低电容。双镶嵌工艺是实现密集铜连线的关键，本书将详细解析其刻蚀、阻挡层沉积和铜填充的全过程。 介电材料与可靠性： 探讨低介电常数（Low-k）材料的结构设计和制备，以及它们在保证信号传输速度和减少串扰中的作用。同时，讨论电迁移（Electromigration）和击穿（Dielectric Breakdown）等可靠性问题在后摩尔时代的重要性。 第六部分：质量保证与先进封装的展望 芯片制造的成功率依赖于严格的质量控制。 检测与量测技术： 介绍关键的在制程量测（In-line Metrology）工具，包括扫描电子显微镜（SEM）用于关键尺寸（CD）测量，椭偏仪（Ellipsometer）用于薄膜厚度测量，以及缺陷检测系统（Defect Inspection）的工作原理。 新兴集成趋势： 展望未来制造的前沿方向，如3D集成（3D-IC）、异构集成以及Chiplet 架构的制造挑战。探讨先进封装技术（如混合键合 Hybrid Bonding）如何成为延续摩尔定律的另一种途径。 本书在内容组织上力求逻辑严密、技术细节翔实，旨在为读者提供一个无遗漏、层次分明的半导体制造全景图。我们避免使用过于宽泛或概括性的描述，而是致力于提供扎实的工程和物理学基础，以应对当前半导体产业的复杂挑战。

作者简介

菊地正典

　　1944年生，1968年日本东京大学工学部物理工学科毕业后，即进入日本电气公司（NEC），从事一贯半导体元件及制程开发相关工作，累积半导体开发与量产的丰富经验。1996年担任NEC公司半导体事业集团总工程师，2000年担任NEC电子元件总工程师，2002年起担任日本半导体制造装置协会（SEAJ）专务理事，2007年起担任日本半导体能源研究所顾问。着作有：《图解图解电子装置》（世茂出版），监修《图解半导体制造装置》（世茂出版）、《日本顶尖工程师的生存笔记》（智富出版）。
 
审定者简介

国立交通大学电子物理系教授 赵天生

　　国立交通大学电子研究所博士。研究专长：半导体元件物理、深次微米前段元件制程、奈米元件制作、薄膜电晶体、超薄绝缘层制备、半导体晶圆洁净技术。实验室：先进半导体制程与量测实验室。
 
译者简介

龚恬永

　　1980年生，水瓶座，国立交通大学电子工程系、经济部ITI两年期日语组毕，TOEIC 935分。现任科技公司中阶主管。欲贡献所学所识于他人，兼职译者，包括英日、中日互译，领域涵盖科技翻译、专利翻译以及一般领域。

序言

第1章 进入半导体工厂
01 鸟瞰半导体工厂
02 生产线的总体确认
03 工厂各部门组织图
04 工厂地理位置条件
05 半导体工厂的变电所设备
06 化学药液、气体供应、废弃物处理系统
 
第2章 半导体是这样制造的
01 什么是「半导体」
02 半导体制造过程
03 前段制程1「FEOL」
04 前段制程2「BEOL」
05 硅晶圆
06 薄膜制造法、堆叠法
07 如何烧入电路
08 蚀刻制程进行加工成型
09  99‧9纯度，加入不纯物
10 晶圆的热处理
11 使表面平坦化的CMP制程
 
第3章 半导体制造的幕后制程
01 微尘彻底洗净
02 洗净后「沖洗→干燥」
03 利用镶嵌技术佈线
04 半导体晶片的针测
05 「冗余电路」保险措施的导入
06 晶圆切割晶片的技术
07 装载在基座上
08 打线连接金属线
09 导线的表面处理
10 保护晶片的「封装」
11 引脚加工成型
12 晶片识别「盖印」
 
第4章 半导体材料、机械、设备
01 为什么需要进口硅晶圆？
02 将机台导入工厂
03 机台相同，生产的半导体也相同？
04 半导体的成本结构
05 材料的保存期限
06 晶圆外缘为什么不利用
07 超纯水的供应
08 超纯水的纯度
09 药液、气体等级与纯度
10 计算设备稼动率
11 硅烷气体会自燃，是危险物
12 半导体工厂的「氢爆」
13 「曝光技术「高精密度核心
14 从批量处理到单片处理
15 快速加热处理
 
第5章 检验、筛选错误与出货
01 如何筛选不良品？
02 包装前出货的良品晶粒
03 半导体的样品
04 可靠性实验与筛检
05 同样规格的不同运作速度
06 半导体出货、包装的注意事项
07 透过半导体公司销售与直接销售
08 处理客诉问题，改善晶片
 
第6章 「默契、原则」与潜规则
01 半导体工厂轮班制度
02 机器人与磁浮搬送设备
03 机台编号指定、群管理
04 微粒子扼杀半导体
05 CIM的三大作用
06 工程管理的统计数据支持
07 透过倾向管理，揪出异常征兆
08 产业废弃物处理业者违法弃置，公司的连带责任
09 无尘室洁净度
10 进入无尘室前的惯例
11 无尘室构造与使用规范
12 「局部洁净化」策略
13 无尘室是宇宙实验室？
14 特急、急行、普通电车同时在产线上
 
第7章 工厂员工真正的想法—工厂因人而存在！
01 蕴酿新想法的吸烟室
02 对于外界工厂参观，原则上「拒绝」
03 半导体工厂的「改善」
04 非正式员工的工作
05 确认、确认再确认
06 所需的执照
 
第8章 半导体工厂的秘密
01 垂直式炉成为主流的原因
02 湿洗净之外的洗净方法
03 「良率」是什么？
04 批次的大小，对生产的影响
05 无尘服的颜色区别
06 气体钢瓶室的设置细节
07 静电处理对策
08 轻松参观无尘室
09 定期点检是在确认什么
10 调整装置水平
11 半导体工厂的零排放
12 半导体厂商的产业策略
13 装置制造商洩漏情报的问题
14 备而不用的停电对策
15 无尘室的健康调查
 
复兴日本半导体的处方签
索引

序言

　　在我们的生活中，包围着各种不同的电子机械。不论是在家里或职场，兴趣或娱乐休闲，各种状况，甚至是旅行或通勤途中，几乎都与电子机械脱离不了关系。

　　具体来说，电子机械包括个人电脑、液晶显示器等薄型电视、DVD、手机、智慧型手机、Tablet（iPad等）、数位相机、汽车导航、电子书包等，范围广泛。

　　这些电子机械里面装有个别所需要的智慧功能，而具体实现的正是半导体。

　　如此这般，半导体（以下与IC一併简称为半导体）是为支持现代社会基础所不可或缺的要素。

　　坊间书店多见以一般读者为对象的半导体入门书及解说书籍，然而当提及半导体「在哪里制作、怎样制作」，一般人还是没有概念。再者，即使因为「参观工厂」热潮逐渐提升人气，对多数的半导体工厂而言，无尘室范围仍是禁止一般民众进入的。

　　笔者以「半导体工厂的全貌」为标题，着手进行此书的撰写，将半导体的制造从各种不同观点进行简单明了的说明，希望能引起更多读者的兴趣。

　　为了使各位读者能在阅读本书过程中，能够在脑海中描绘出半导体工厂的全貌以及核心部分，本书并非单纯就半导体工厂的构造与功能等面向进行事实陈述，而是基于笔者的实际经验，就「主题」、「幕后秘辛」、「问题因应」等多重面向进行介绍。

　　半导体本身为高科技产品，同时，制造半导体的工厂，可说是拥有高科技、高度know-how、高度系统化的「优秀制造工厂」。因此，就制造的角度来看，除了对于相关产业人员有帮助，对于其他产业人员来说，半导体工厂也具有许多值得学习、值得参考的地方。若本书能为这许多人们带来即使是微不足道的帮助，笔者将会感到十分欣慰。
 
　　然而，以日本的状况而言，即使拥有本书所介绍的优秀制造场所之半导体工厂，近年来日本半导体产业的凋零状况，仍不堪入目。对于长年来从事半导体产业的笔者来说，回忆起1980年代曾经席卷世界各大市场的日本半导体业界，只感到不胜唏嘘。但是，我们还是不能轻易放弃。

　　因此，本书刻意设立了「日本半导体产业复活之处方签」章节（最终章），并在其中提及了笔者的个人浅见。如何进一步进化及发展日本强项how（如何、指「制造场所」）的同时，能改善与强化日本的弱点what（什么、指「产品开发」），使其能在清晰的愿景与决策之下，战略性且有效率地进行，将是箇中关键。同时，关于能带领大家进入下一个世代的大型商务的强有力技术，日本必须领先世界各国先一步开发并量产，以能在炽热的竞争情势中获得最终胜利。为了达成这样的目标，不仅需是半导体相关业界的人士，我们还需要各领域产官学及一般人民的共同理解与协助。

　　在此期许本书最终章所述，能够发挥一点微薄的力量，为日本半导体业界找回昔日的风光。 

第一章 走进半导体工厂
 
01鸟瞰半导体工厂
――工厂楼、行政事务楼、工厂周围配电设备、化学槽等
 
上图为半导体工厂的鸟瞰示意图全貌。灰尘对半导体工厂来说是极为嫌恶物，几乎所有制程都在无尘室里面进行，即使面对现今工厂参观的流行风潮，然而想要进入半导体工厂内部也是相当有限的。
 
半导体工厂可以概分为三个区域，（1）行政事务楼、（2）工厂楼、（3）週边部分。週边部分亦包括工厂週边的各种附属设施及停车场等。
 
其中（2）工厂楼，当然为半导体工厂的中心，关于（2）会此节概述，另在下一节会介绍无尘室等各个部细节。
 
行政事务楼具有行政管理功能
 
首先，（1）行政事务楼具有管理整个工厂的管理（行政）功能。本书中假设为四层楼高的建筑物。
 
一楼配置有玄关与玄关旁边的展示室、社长室、厂长室、总务部、人事部、企划部、採购部等各部门办公室，以及会客室、大、中、小型会议室等。
 
展示室一般简单展示有企业沿革、硅的生产晶圆、IC成品晶圆、IC包装成品、搭载IC的各类主要产品（智慧型手机、数位相机、车用导航器、个人电脑、数位时钟）。
 
行政事务楼为厂长、各事务部门部长、课长、主任、担当者的办公地点。当然，各部门的机能不全然会各自分别独立，有时总务部会兼任人事及财会事务等例子。
 
一般来说，拥有三种型式会议室者为众，能容纳50人以上的大型会议室除了桌椅之外还设有投影机及专用投影萤幕，通常用来举办全公司的大型仪式。能容纳约20人左右的中型会议室，不仅有投影机及专用投影萤幕，经常还设有举办视讯会议所需要的设备，多用来举行总公司及其他工厂的共同视讯会议。仅有少数几人参加的会议，则除了小型会议室外，亦设有开放空间（讨论区）等。

走到二楼，则有生产技术部（总括负责产品技术及制程技术）办公室，生产技术内部可能包括部份设计技术与CIM技术（电脑整合生产）。再者，还可能会包括中小型会议室及开放空间讨论区、简易型图书室、抽菸区（然而近年来越来越少见）等。
 
走到三楼，则有组装技术部（负责组装制程）、检验技术部（负责检验、筛选制程）、设备部（负责前段制程与后段制程的设备）、品质管理部（负责QA系统、ISO、接受外部稽核等）办公室，以及中小型会议室与会议区域。

评分☆☆☆☆☆

每次看到新聞報導台灣半導體產業的成就，都覺得很與有榮焉。但說實在話，除了「很厲害」之外，具體的細節我其實一知半解。這本書的書名《半導體工廠：設備、材料、製程及提升產業復興的處方簽》，光是聽起來就很有份量，感覺像是要把整個產業的經脈都攤開來讓我們好好研究。我尤其對「設備」和「材料」這兩個部分很感興趣。你知道嗎，我一直很好奇，那些動輒幾億、幾十億的機器，到底長什麼樣子？它們是如何運作的？又需要哪些關鍵的材料才能生產出我們每天都在用的電子產品？這本書會不會像一部紀錄片一樣，把這些先進的設備和稀有的材料，用生動的方式呈現在我們眼前？另外，「製程」的部分，我希望它能把那些聽起來非常複雜的化學反應、物理過程，用一個比較容易理解的框架去說明。我不是要成為半導體工程師，但至少我希望能大概知道，一片小小的晶圓，是怎麼一步一步被「雕琢」出來的。而最後的「處方簽」部分，我更是充滿了好奇。這是不是代表書中會針對目前台灣半導體產業可能面臨的瓶頸，提出一些具體的解決方案或發展策略？是不是會探討如何維持我們的競爭力，甚至如何開創新的藍海市場？我期待這本書能帶給我一種「原來如此！」的豁然開朗感，讓我對台灣這個強項產業有更全面、更深入的認識，並且能夠從中獲得一些對產業發展趨勢的洞察。

评分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我第一個感覺就是：這是一本「乾貨」！畢竟「半導體工廠」、「設備」、「材料」、「製程」這些詞彙，聽起來就不是那種輕鬆的休閒讀物，而是要深入了解這個產業核心的東西。我一直對台灣在全球科技版圖中的地位感到自豪，而半導體無疑是其中的重中之重。但往往在新聞報導中，我們看到的都是成果和數字，對於背後究竟是怎麼運作的，總是有種隔靴搔癢的感覺。我希望這本書能帶我「進廠」，不是真的走進無塵室，但能透過文字和可能的圖像，了解那些先進的設備是如何運轉，那些高純度的材料是如何被提煉和使用的，以及一塊塊晶圓是如何經過上百道精密的工序，最終變成我們日常使用的晶片。最讓我感興趣的，其實是「提升產業復興的處方簽」這個部分。這聽起來像是總結了整個產業的現況，然後開出了藥方。我很好奇，這個「處方簽」會是針對哪些問題？是技術瓶頸？人才斷層？還是全球供應鏈重組的挑戰？它會不會探討一些我們可能沒有想到的創新方向？我非常期待能夠從書中獲得一些關於產業趨勢的獨到見解，了解台灣半導體產業未來的發展方向，以及我們應該如何鞏固並提升我們的競爭力。這本書的書名，本身就已經勾勒出一個紮實的研究框架，讓我對內容充滿了期待，相信它能讓我對這個攸關台灣未來的重要產業，有更深一層的認識。

评分☆☆☆☆☆

哇！拿到這本書，我整個就是超期待的！你知道嗎，身為一個在台灣土生土長、對科技產業一直以來都很有興趣的普通上班族，半導體在我心中一直都是台灣的驕傲，但說實 Being a reader from Taiwan who's always been interested in the tech industry, semiconductors have always been Taiwan's pride. But, to be honest, when it comes to the nitty-gritty details of the factories, the equipment, the materials, and the actual manufacturing processes, I've always felt a bit in the dark. It's like knowing a team is amazing, but not really understanding the plays, the training regimens, or the specific equipment each player uses. I often find myself seeing headlines about breakthroughs or challenges in the semiconductor world, and while I understand the general significance, the deeper "how" and "why" remain a mystery. This book, with its title hinting at equipment, materials, and processes, feels like it's finally going to pull back the curtain and give me a much clearer picture. I'm especially curious about how they plan to detail the "prescription for industrial revival" – that part really sparks my imagination. Does it mean they'll be dissecting past successes and failures? Or perhaps offering innovative strategies for future growth, drawing from global trends and Taiwan's unique strengths? The idea of learning about the "prescription" aspect is fascinating because it suggests a forward-looking approach, not just a historical account. It makes me think of how we, as a nation, can continue to lead in this incredibly competitive field. I'm not expecting a textbook that will make me an engineer overnight, but I do hope for an insightful and accessible explanation that will allow me to engage in more informed conversations about this vital industry. The promise of understanding the underlying mechanisms of semiconductor manufacturing, and then connecting it to the future of Taiwan's economy, is incredibly compelling.

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿了產業的深度與前瞻性，身為一個關心台灣經濟發展的在地民眾，我對「半導體工廠」、「設備」、「材料」、「製程」這些關鍵字非常有感。長久以來，台灣在半導體領域的領先地位，是我們國家經濟發展的重要支柱，然而，隨著全球科技競爭日益激烈，產業的持續創新與升級至關重要。因此，我非常期待這本書能夠深入剖析半導體工廠的運作機制，從最基礎的「設備」採購與維護，到「材料」的選擇與創新，再到複雜的「製程」步驟，都能有詳盡的介紹。我希望它能以一種結構化的方式，逐步引導讀者理解從前端設計到後端製造的每一個環節。更讓我感到興奮的是書名中提到的「提升產業復興的處方簽」這一部分。這似乎預示著本書不僅僅是對現狀的描述，更包含著對未來產業發展的策略性思考。台灣的半導體產業未來將面臨哪些新的挑戰？例如，地緣政治的影響、新興技術的崛起（如AI、量子計算對晶片的影響），以及如何培養下一代的半導體人才等，這些都是我非常關心的議題。我希望這本書能夠提供一些獨到且具有前瞻性的觀點，為台灣半導體產業的永續發展提供寶貴的建議，讓台灣能夠繼續在全球半導體產業鏈中扮演關鍵角色，並帶動整體經濟的復興與成長。

评分☆☆☆☆☆

我一直覺得，台灣的半導體產業就像我們日常生活裡不可或缺的水電一樣，無所不在，但對它的內部運作，我卻總是隔著一層紗。尤其聽新聞在講什麼「先進製程」、「EUV光刻機」，腦袋裡就一片模糊。這本書的書名，特別是「設備、材料、制程」，聽起來就像是把這個複雜的產業，一層一層地拆解開來，讓我們這些門外漢也能看得懂。我特別好奇，它會怎麼解釋那些聽起來很專業的名詞，像是「晶圓製造」、「先進封裝」等等。是會用很淺顯易懂的比喻，還是會輔以大量的圖片或圖表？我希望它能帶我進入一個真實的半導體工廠，感受那種高科技的氛圍，了解每一台機器、每一種材料在裡面扮演的角色。同時，書名裡提到的「提升產業復興的處方簽」，更是引起我的高度關注。這聽起來不只是單純的知識介紹，更帶有一種解決問題、指引方向的意味。台灣的半導體產業面臨哪些挑戰？未來又該往哪個方向發展？這本書會不會提供一些具體的建議，甚至是一些創新的思維？我很期待它能給我一些啟發，讓我在面對關於半導體產業的討論時，不再只是個旁觀者，而是能有更深入的理解和更獨到的見解。我希望這本書能成為一本兼具深度與廣度的讀物，讓我在吸收知識的同時，也能對台灣產業的未來有更清晰的想像。