半导体制程设备技术(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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半导体(Semiconductor)是介于导体(Conductor)与绝缘体(Insulator)之间的材料。我们可以轻易的借由掺质(Dopant)的掺杂(Doping)去提高导电度(Conductivity)。其中二六族及三五族是为化合物半导体(Compound Semiconductor)材料，大部分是应用于光电领域，如发光二极体(Light Emitting Diode, LED)、太阳能电池(Solar cell)等。而目前的积体电路(Integrated Circuit, IC)领域，主要还是以第四族的硅(Si)为主的元素半导体，也就是目前的硅晶圆(Silicon Wafer)基底材料(Substrate) 。

　　在未来的日子，我们可预见晶圆厂里将有可能全面改为自动化的运作，到那时将不再需要大量的操作人员。而主要的人力将会是工程师(含)以上的职务，所以希望能以此书与各位以及想转职的朋友们提供一个分享，让大家都能对于常见的机台设备及其制程技术，有一个全观的认识，以提升职场的竞争力。

好的，以下是一本名为《先进封装与异构集成技术》的图书简介，内容详尽，旨在介绍该领域的关键技术、挑战与未来趋势，完全不涉及《半导体制程设备技术(2版)》的内容。 --- 图书简介：《先进封装与异构集成技术》 导言：摩尔定律的延伸与后摩尔时代的基石 随着半导体制造节点逼近物理极限，传统基于单一芯片面积微缩的摩尔定律（Moore's Law）面临严峻挑战。为了持续提升计算性能、降低功耗并实现更高集成度，半导体行业正加速迈入“后摩尔时代”。在此背景下，先进封装与异构集成技术（Advanced Packaging and Heterogeneous Integration, APHI）已成为驱动系统级性能飞跃的关键路径。 本书《先进封装与异构集成技术》系统性地梳理了当前半导体封装领域的革命性进展，重点聚焦于如何通过精密的芯片堆叠、互联和系统级设计，打破硅基极限的束缚。它不仅是一本技术手册，更是一份引领行业发展方向的战略指南，深入剖析了从芯片设计协同到最终系统成品的全流程技术栈。 第一部分：先进封装的基础理论与关键技术 本部分内容奠定了理解先进封装技术的基础，详细阐述了支撑异构集成系统的核心材料、工艺与设计理念。 1. 封装技术演进与挑战 首先，本书回顾了从传统引线键合（Wire Bonding）到表面贴装技术（SMT），再到现代先进封装的演进历程。重点分析了当前面临的挑战，如功耗密度增加、I/O 密度爆炸式增长、散热瓶颈以及系统级可靠性问题。强调了“系统级优化”（System-Level Optimization）的重要性，即封装不再是制造的末端，而是与前端设计同等重要的环节。 2. 关键互联技术深度解析 2.1 2.5D 集成与中介层（Interposer）技术： 详细介绍了 2.5D 封装的核心——硅中介层（Silicon Interposer）的设计、制造和应用。深入探讨了微凸点（Micro-bumping）技术，包括凸点材料选择、沉积工艺（如电镀、丝网印刷）、以及热压键合（Thermo-Compression Bonding, TCB）的工艺窗口控制。分析了高密度布线（Through-Silicon Via, TSV）技术的制造流程，包括深孔刻蚀、绝缘层的形成、TSV 的填充（通常采用电镀铜）以及晶圆键合的对准精度要求。 2.2 3D 封装与垂直集成： 本书对 3D 芯片堆叠（Chip Stacking）技术进行了深入探讨。区分了混合键合（Hybrid Bonding）和更传统的混合键合（Fusion Bonding）的原理与应用场景。特别关注了混合键合技术在实现超细间距（低于 10 微米）互联中的突破性进展，包括表面粗化、键合过程中的压力与温度控制，以及键合后的再布线层（RDL）构建。 2.3 扇出型（Fan-Out）封装技术： 系统阐述了扇出型晶圆级封装（FOWLP）的几种主要架构，如模组式（Mold-First）和衬底式（Wafer-First）。重点解析了重构晶圆（Reconstituted Wafer）的制作工艺，包括薄化（Thinning）、TSV 替代方案（如铜柱）以及 RDL 的多次曝光与沉积。讨论了扇出型封装在实现更高 I/O 密度和更好热管理方面的优势。 第二部分：系统级集成与关键材料科学 先进封装的成功高度依赖于跨学科的材料科学和精密的系统设计流程。 1. 异构集成与 Chiplet 架构 本书将 Chiplet（小芯片）概念置于核心地位，阐述了如何将不同功能（如 CPU、GPU、AI 加速器、存储器）的异构 IP 模块通过先进封装技术整合到一个统一的封装内。探讨了 Chiplet 接口标准（如 UCIe）的重要性，以及系统级验证（System-Level Verification）在确保跨 IP 互操作性方面所面临的挑战。 2. 关键材料：高密度布线与热管理 2.1 再布线层（RDL）与电介质材料： 详细分析了用于构建高密度 RDL 的低介电常数（Low-k）聚合物材料，如聚酰亚胺（PI）和聚苯并环丁烯（PBO）。讨论了这些材料在多次沉积、图案化过程中对良率的影响，以及它们在热膨胀系数（CTE）匹配上的设计考量。 2.2 热界面材料（TIM）与散热挑战： 随着芯片功耗密度的增加，热管理成为先进封装的瓶颈之一。本书专门开辟章节讨论了高性能 TIMs（如液态金属、导热垫片）的选择、应用工艺（如点胶精度、固化过程）以及其对长期可靠性的影响。探讨了集成式散热解决方案，如通过 TSV 结构引入散热路径的潜力。 第三部分：制造、可靠性与未来展望 本部分将视角从单元工艺扩展到整个制造生态系统，并展望了未来的技术方向。 1. 制造挑战与良率提升 先进封装的制造流程极其复杂，涉及多层材料的堆叠和精密的对准。本书分析了关键制造环节的良率影响因素，包括： 键合对准误差： 讨论了次微米级（Sub-micron）对准技术，例如基于标记点（Landmark）的视觉识别系统。 TSV/微凸点缺陷控制： 探讨了空洞（Voids）、短路和开路缺陷的形成机理及预防措施。 晶圆应力管理： 阐述了在薄化和键合过程中，如何通过临时粘结膜（Tacky Tape）和晶圆支撑（Carrier）技术来有效管理晶圆的弯曲（Warp）和翘曲（Bow）。 2. 可靠性评估与封装寿命预测 先进封装结构的复杂性要求更严格的可靠性评估。本书涵盖了针对高密度互联的加速老化测试方法，如温度循环（TC）、高加速应力测试（HAST）和电迁移（EM）测试。重点分析了混合键合界面、TSV 侧壁绝缘层在长期服役中的失效模式。 3. 未来趋势：系统级封装（SiP）与光电集成 最后，本书展望了下一代集成技术的发展方向，包括： 无源/有源光子集成（PIC）： 讨论了如何将光波导、激光器与电子芯片紧密集成，以解决数据中心和高速通信中的带宽瓶颈。 超高密度互联： 探索了直接键合（Direct Bonding）的极限，以及类芯片堆叠（Wafer-to-Wafer Bonding）在构建大规模存储和计算阵列中的应用前景。 目标读者 本书面向半导体设计工程师、封装工艺工程师、材料科学家、系统架构师以及相关专业的大学高年级本科生和研究生。它为从业者提供了深入理解和掌握后摩尔时代核心竞争力的必备知识体系。

作者简介

杨子明

　　交通大学半导体材料与制程设备学程工学硕士

钟昌贵

　　台北科技大学机电整合所硕士

沈志彦

　　中正大学化工所工学硕士

李美仪

　　交通大学材料所工学博士

吴鸿佑

　　交通大学半导体材料与制程设备学程工学硕士

詹家玮

　　交通大学半导体材料与制程设备学程工学硕士

吴耀铨

　　美国史丹福大学材料科学工程与电机博士
　　交通大学材料科学与工程研究所教授

序
致谢

第○章 设备维修需具备的知识技能以及半导体导论篇
0.1 设备维修该有的认知及态度
0.2 设备安全标示的认识
0.2.1 设备安全标示的认识
0.2.2 个人防护装备的认识
0.3 设备机电系统的定义及分类
类比控制系统
数位控制系统
0.4 设备控制系统
0.5 常见电路图图示认识
0.6 半导体导论
参考文献

第一章 扩散设备（Diffusion）篇
1.1 炉管（Furnace）
1.1.1 炉管设备系统架构
1.1.2 炉管制程介绍
1.1.3 制程程序步骤（Recipe）介绍
1.1.4 经验分享
1.2 离子植入（Ion Implant）
1.2.1 离子植入制程基础原理
1.2.2 离子植入机设备系统简介
1.2.3 离子植入制程在积体电路制程的简介
1.2.4 离子植入制程后的监控与量测
1.2.5 离子植入机操作注意事项
1.2.6 离子植入制程问题讨论与分析
参考文献

第二章 湿式蚀刻与清洁设备（Wet Bench）篇
2.1 湿式清洗与蚀刻的目的及方法
2.1.1 湿式清洗的目的
2.1.2 湿式蚀刻的目的
2.1.3 污染物对半导体元件电性的影响
2.2 晶圆表面清洁与蚀刻技术
2.2.1 晶圆表面有机污染（Organic Contamination）洗净
2.2.2 晶圆表面原生氧化层的移除
2.2.3 晶圆表面洗净清洁技术
2.2.4 晶圆表面湿式蚀刻技术
2.3 化学品供应系统
2.3.1 化学品分类
2.3.2 化学品供应系统
2.4 Wet Bench结构与循环系统
2.4.1 湿式蚀刻及清洁设备（Wet Bench）结构
2.4.2 湿式蚀刻及清洗设备（Wet Bench）传动系统
2.4.3 循环系统与干燥系统
参考文献 133

第三章 薄膜设备（Thin Films）篇
3.1 电浆（Plasma）
3.1.1 电浆产生的原理
3.1.2 射频电浆电源（RF Generator）的功率量测仪器
3.2 化学气相沉积设备系统（Chemical Vapor Deposition, CVD）
3.2.0 简介
3.2.1 电浆辅助化学气相沉积（PECVD）
3.2.2 新颖化学气相沉积系统与磊晶系统（ALD、MBE、MOCVD）
3.3 物理气相沉积设备系统（Physical Vapor Deposition, PVD）
3.3.1 热蒸镀
3.3.2 电子束蒸镀
3.3.3 溅镀
参考文献

第四章 干式蚀刻设备（Dry Etcher）篇
4.0 前言
4.0.1 干式蚀刻机（Dry Etcher）
4.0.2 蚀刻腔体设计概念（Design Factors）
4.1 各种干式蚀刻腔体设备介绍
4.1.1 反应式离子蚀刻机（Reactive Ion Etcher, RIE）
4.1.2 三极式电容偶合蚀刻系统（Triode RIE）
4.1.3 磁场增进式平行板电极（Magnetically Enhance RIE, MERIE）
4.1.4 高密度电浆蚀刻腔体（High Density Plasma Reactors）
4.1.5 多极式磁场侷限式电浆（Magnetic Multipole Confinement, MMC）
4.1.6 电感应偶合电浆（Inductive Couple Plasma, ICP）
4.1.7 电子回旋共振式电浆（Electron Cyclotron Resonance, ECR）
4.1.8 螺旋微波电浆源（Helicon Wave Plasma Source, HWP）
4.2 晶圆固定与控温设备
4.3 终点侦测装置（End Point Detectors）
4.4 干式蚀刻制程（Dry Etching Processes）
4.4.1 干式蚀刻与湿式蚀刻的比较
4.4.2 干式蚀刻机制
4.4.3 活性离子蚀刻的微观现象
4.4.4 各式制程蚀刻说明
4.5 总结
参考文献

第五章 黄光微影设备（Photolithography）篇
5.1 前言
5.2 光阻涂佈及显影系统（Track system : Coater / Developer）
5.2.1 光阻涂佈系统（Coater）
5.2.2 显影系统（Developer）
5.3 曝光系统（Exposure System）
5.3.1 光学微影（Optical Lithography）
5.3.2 电子束微影（E-beam Lithography）
5.4 现在与未来
5.4.1 浸润式微影（Immersion Lithography）
5.4.2 极紫外光微影（Extreme Ultraviolet Lithography）
5.4.3 多电子束微影（Multi-Beam Lithography）
5.5 工作安全提醒
参考文献

第六章 研磨设备（Polishing）篇
6.1 前言
6.2 化学机械研磨系统（Chemical Mechanical Polishing, CMP）
6.2.1 研磨头
6.2.2 研磨平台
6.2.3 研磨浆料控制系统
6.2.4 清洗／其他
6.3 研磨浆料（Slurry）
6.4 化学机械研磨制程中常见的现象
6.5 化学机械研磨常用的化学品
参考文献

第七章 IC制造概述篇
7.1 互补式金氧半电晶体制造流程（CMOS Process Flow）
前段制程（FEOL）
后段制程（BEOL）
7.2 CMOS闸极氧化层陷阱电荷介绍
四种基本及重要的电荷
高频的电容对电压特性曲线（C-V curve）
参考文献

第八章 控制元件检测及维修篇
8.1 简介
8.2 维修工具的使用
8.2.1 一般性维修工具组
8.2.2 三用电表的使用
8.2.3 示波器（Oscilloscope）的使用
8.2.4 数位逻辑笔的使用
8.3 设备机台常见的控制元件与仪表控制器
8.3.1 电源供应器（Power Supply）
8.3.2 温度控制器（Temperature Controller）
8.3.3 伺服与步进马达（Servo and Stepping Motor）
8.3.4 质流控制器（Mass Flow Controller, MFC）
8.3.5 电磁阀（Solenoid Valve）
8.3.6 感测器（Sensor）
8.3.7 可程式逻辑控制器（PLC）
参考文献

索引

序

　　随着产业的升级，半导体科技迅速的发展，使得积体电路(IC)日益蓬勃成熟。如同摩尔定律(Moore’s Law)所预测的，由于元件的尺寸不断地微缩化 (Scaling)至奈米(nm)尺寸，导致积体电路的制造技术也变得更为复杂，当然制程设备也不断的遭遇更大的挑战。

　　回想起本人于学生时代第一次接触半导体时，心里便觉得「这根本就是一门艺术学」，因为在晶圆(Wafer)上的元件(Device)制作，根本不是肉眼所能看见的，从此便开启了本人对于半导体的兴趣及钻研。而在任职于国家级半导体实验室的那段期间，有多次机会被指派担任来宾参访的解说，在过程中我最喜欢引用比萨(Pizza)的制作方式来比喻IC的制造流程：比萨的饼皮就像晶圆一样，可做为基底材料，如果今天客户(例如IC设计公司)预订了一个夏威夷口味，那比萨店(晶圆厂)就要开始先定义哪里要放凤梨，哪里要放火腿(如黄光微影制程)，紧接着在预定要放凤梨及火腿的区域挖一个小凹槽(如干式或湿式蚀刻)，然后凹槽上放上预定的凤梨或火腿(如沉积或热成长)，最后将整个比萨送进烤箱里烘烤(如回火制程)。烘烤完成后，再将比萨做切割，当然每一小片都是符合客户所要的夏威夷口味(功能)。所以，如果客户是要以每一小片来议价时，那可将饼皮的尺寸做的大一点，完成一次的工，可提供夏威夷口味的片数就变多，成本自然可降低。所以晶圆厂才会从6吋、8吋、12吋，甚至未来的18吋晶圆厂一直盖下去。

　　当初发起这个构想撰写这本半导体书籍，主要是想提供给读者一个更多元化的的选择。而会邀请这么多的作者一同来撰写，主要是希望能借由各位作者在各领域的专长与多年经验，汇集成深入浅出的专业知识，与各位读者分享。本人所撰写的部分为第0章0.6节半导体导论、第1章1.1节炉管(Furnace)、第3章3.1节电浆(Plasma) 、第3章3.3节物理气相沉积设备系统(PVD)以及第7章IC制造概述篇。而第0章0.1~0.5节设备维修需具备的知识技能、第2章湿式蚀刻与清洁设备(wet bench)篇及第8章控制元件检测及维修篇为钟昌贵先生所撰写。第3章3.2节化学气相沉积设备系统(CVD)及第4章干式蚀刻设备(Dry Etcher)篇为沈志彦先生所撰写。第6章研磨设备(Polish)篇为李美仪博士所撰写。第5章黄光微影设备(Photolithography)篇为吴鸿佑先生所撰写。第1章1.2节离子植入(Ion Implant)为詹家玮先生所撰写。全文由交通大学吴耀铨教授校阅。希望对于半导体有兴趣的同学或读者们，能借由此书培养扎实的基础与实际应用的能力；而对于半导体领域已有相当认识的读者们，也能借由此书，将已学的知识更加融会贯通，以期更有效率的的解决问题。最后，希望大家都能对于半导体机台设备及其制程技术，有一个全观的认识，以提升职场的竞争力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角非常独特，它没有像很多教科书那样死板地罗列公式和概念，而是从一个更宏观、更具“生命力”的角度来讲述半导体设备。它让我感觉，这些设备不仅仅是冰冷的机器，而是承载着人类智慧和技术进步的结晶。作者在描述每一种设备时，都会巧妙地融入一些历史背景和行业发展趋势，让读者在学习技术的同时，也能感受到半导体行业蓬勃发展的脉搏。例如，在介绍晶圆制造中的退火设备时，他不仅解释了快速热处理（RTP）的技术原理，还探讨了它在提升器件性能和良率方面的关键作用，以及未来可能的发展方向。书中还穿插了一些关于设备可靠性、维护策略以及未来自动化和智能化趋势的讨论，这些内容对于我们这些一线技术人员来说，不仅能帮助我们更好地理解设备，更能启发我们对未来工作的思考。阅读这本书的过程，就像是与一位经验丰富的老前辈在进行一场深入的交流，受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的太扎实了！我本来以为半导体工艺设备这种东西离我们普通人很遥远，没想到这本书把它讲得这么透彻。从最基础的晶圆制造流程开始，到各种精密设备的原理、操作和维护，几乎涵盖了半导体生产线的每一个环节。作者在讲解每一种设备时，都不会仅仅停留在“它是什么”的层面，而是深入到“它为什么是这样的”，以及“它是如何工作的”。比如说，在讲光刻机的时候，他不仅详细介绍了DUV和EUV技术的区别，还解释了不同光源、不同曝光方式对分辨率的影响，甚至还提到了掩模版的制作工艺。我印象特别深的是关于刻蚀设备的部分，作者列举了干法刻蚀和湿法刻蚀的优缺点，还分析了等离子体刻蚀中不同气体配方对材料选择性和刻蚀速率的影响，这部分的内容对理解芯片的精细结构至关重要。而且，书中的图文并茂，大量的示意图和流程图让抽象的理论变得具象化，即使是第一次接触这些专业知识的读者，也能比较容易理解。读完这本书，我感觉自己对一片小小的芯片是如何诞生的，有了一个全新的、更深刻的认知。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个对半导体工艺设备只有初步了解的读者来说，《半导体制程设备技术(2版)》简直是一本“百科全书”式的启蒙读物。虽然我可能无法像专业人士那样理解每一个细微的技术参数，但这本书通过清晰的结构和生动的讲解，让我对半导体制造的整个流程有了一个全面而系统的认识。作者在描述各种清洗设备时，详细讲解了不同清洗方法的原理，例如湿法清洗中的SC-1、SC-2以及IPA Vapour Cleaning，以及它们在去除不同种类污染物时的效率差异。他还特别强调了这些清洗步骤对后续工艺良率的重要性，让我意识到了细节决定成败的道理。此外，关于封装和测试设备的部分，虽然内容不像前半部分那样深入，但也足够让我对芯片的最终形态有一个基本的了解。这本书的好处在于，它既有深度，又不失易懂性，能够满足不同层次读者的需求，是一本非常值得推荐的工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度着实让人惊艳！作为一名在半导体行业工作多年的技术人员，我经常需要查阅各种技术资料，但很少有哪本书能够像《半导体制程设备技术(2版)》这样，将整个半导体制造工艺设备体系梳理得如此清晰且详尽。它不仅仅是一本技术手册，更像是一部半导体工艺设备发展的史诗。作者对每一种设备的演进历程都有深入的探讨，从早期粗糙的设备到如今纳米级的精密仪器，每一次技术的飞跃都伴随着怎样的挑战和突破，书中都有详细的阐述。尤其是在介绍薄膜沉积设备时，作者花了很大篇幅讲解了CVD、PVD、ALD等不同技术的原理、应用场景以及各自的优劣势，并且深入分析了各种工艺参数对薄膜质量的影响，比如温度、压力、气体流量、反应时间等等。这对于我们在实际工作中优化工艺参数，解决生产瓶颈非常有指导意义。此外，书中还包含了大量的实际案例和数据分析，让我能够更直观地理解理论知识在实际生产中的应用。

评分☆☆☆☆☆

我得说，《半导体制程设备技术(2版)》绝对是我近年来读过的最实在的专业书籍之一。它不是那种泛泛而谈的书，而是真正沉下心来，把每一个工艺环节、每一台核心设备都讲得明明白白，而且是那种能够直接应用到工作中的知识。比如说，我最近在处理CMP（化学机械抛光）设备时遇到了一些问题，翻看这本书，关于CMP的原理、不同抛光液的选择、抛光垫的特性以及对Wafer表面形貌的影响，都有非常详细的分析和图示。作者甚至还列举了一些常见的CMP问题及其解决方案，这简直是雪中送炭！让我感到惊喜的是，这本书对量测设备的部分也丝毫不含糊，各种光学量测、电学量测、原子力显微镜等等，都讲得非常透彻，这对于保证生产过程中的质量控制至关重要。而且，书中的专业术语虽然不少，但都解释得非常到位，不会让你产生“看了等于没看”的感觉。