半導體製程設備技術(2版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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半導體(Semiconductor)是介於導體(Conductor)與絕緣體(Insulator)之間的材料。我們可以輕易的藉由摻質(Dopant)的摻雜(Doping)去提高導電度(Conductivity)。其中二六族及三五族是為化閤物半導體(Compound Semiconductor)材料，大部分是應用於光電領域，如發光二極體(Light Emitting Diode, LED)、太陽能電池(Solar cell)等。而目前的積體電路(Integrated Circuit, IC)領域，主要還是以第四族的矽(Si)為主的元素半導體，也就是目前的矽晶圓(Silicon Wafer)基底材料(Substrate) 。

　　在未來的日子，我們可預見晶圓廠裏將有可能全麵改為自動化的運作，到那時將不再需要大量的操作人員。而主要的人力將會是工程師(含)以上的職務，所以希望能以此書與各位以及想轉職的朋友們提供一個分享，讓大傢都能對於常見的機颱設備及其製程技術，有一個全觀的認識，以提升職場的競爭力。

好的，以下是一本名為《先進封裝與異構集成技術》的圖書簡介，內容詳盡，旨在介紹該領域的關鍵技術、挑戰與未來趨勢，完全不涉及《半導體製程設備技術(2版)》的內容。 --- 圖書簡介：《先進封裝與異構集成技術》 導言：摩爾定律的延伸與後摩爾時代的基石 隨著半導體製造節點逼近物理極限，傳統基於單一芯片麵積微縮的摩爾定律（Moore's Law）麵臨嚴峻挑戰。為瞭持續提升計算性能、降低功耗並實現更高集成度，半導體行業正加速邁入“後摩爾時代”。在此背景下，先進封裝與異構集成技術（Advanced Packaging and Heterogeneous Integration, APHI）已成為驅動係統級性能飛躍的關鍵路徑。 本書《先進封裝與異構集成技術》係統性地梳理瞭當前半導體封裝領域的革命性進展，重點聚焦於如何通過精密的芯片堆疊、互聯和係統級設計，打破矽基極限的束縛。它不僅是一本技術手冊，更是一份引領行業發展方嚮的戰略指南，深入剖析瞭從芯片設計協同到最終係統成品的全流程技術棧。 第一部分：先進封裝的基礎理論與關鍵技術 本部分內容奠定瞭理解先進封裝技術的基礎，詳細闡述瞭支撐異構集成係統的核心材料、工藝與設計理念。 1. 封裝技術演進與挑戰 首先，本書迴顧瞭從傳統引綫鍵閤（Wire Bonding）到錶麵貼裝技術（SMT），再到現代先進封裝的演進曆程。重點分析瞭當前麵臨的挑戰，如功耗密度增加、I/O 密度爆炸式增長、散熱瓶頸以及係統級可靠性問題。強調瞭“係統級優化”（System-Level Optimization）的重要性，即封裝不再是製造的末端，而是與前端設計同等重要的環節。 2. 關鍵互聯技術深度解析 2.1 2.5D 集成與中介層（Interposer）技術： 詳細介紹瞭 2.5D 封裝的核心——矽中介層（Silicon Interposer）的設計、製造和應用。深入探討瞭微凸點（Micro-bumping）技術，包括凸點材料選擇、沉積工藝（如電鍍、絲網印刷）、以及熱壓鍵閤（Thermo-Compression Bonding, TCB）的工藝窗口控製。分析瞭高密度布綫（Through-Silicon Via, TSV）技術的製造流程，包括深孔刻蝕、絕緣層的形成、TSV 的填充（通常采用電鍍銅）以及晶圓鍵閤的對準精度要求。 2.2 3D 封裝與垂直集成： 本書對 3D 芯片堆疊（Chip Stacking）技術進行瞭深入探討。區分瞭混閤鍵閤（Hybrid Bonding）和更傳統的混閤鍵閤（Fusion Bonding）的原理與應用場景。特彆關注瞭混閤鍵閤技術在實現超細間距（低於 10 微米）互聯中的突破性進展，包括錶麵粗化、鍵閤過程中的壓力與溫度控製，以及鍵閤後的再布綫層（RDL）構建。 2.3 扇齣型（Fan-Out）封裝技術： 係統闡述瞭扇齣型晶圓級封裝（FOWLP）的幾種主要架構，如模組式（Mold-First）和襯底式（Wafer-First）。重點解析瞭重構晶圓（Reconstituted Wafer）的製作工藝，包括薄化（Thinning）、TSV 替代方案（如銅柱）以及 RDL 的多次曝光與沉積。討論瞭扇齣型封裝在實現更高 I/O 密度和更好熱管理方麵的優勢。 第二部分：係統級集成與關鍵材料科學 先進封裝的成功高度依賴於跨學科的材料科學和精密的係統設計流程。 1. 異構集成與 Chiplet 架構 本書將 Chiplet（小芯片）概念置於核心地位，闡述瞭如何將不同功能（如 CPU、GPU、AI 加速器、存儲器）的異構 IP 模塊通過先進封裝技術整閤到一個統一的封裝內。探討瞭 Chiplet 接口標準（如 UCIe）的重要性，以及係統級驗證（System-Level Verification）在確保跨 IP 互操作性方麵所麵臨的挑戰。 2. 關鍵材料：高密度布綫與熱管理 2.1 再布綫層（RDL）與電介質材料： 詳細分析瞭用於構建高密度 RDL 的低介電常數（Low-k）聚閤物材料，如聚酰亞胺（PI）和聚苯並環丁烯（PBO）。討論瞭這些材料在多次沉積、圖案化過程中對良率的影響，以及它們在熱膨脹係數（CTE）匹配上的設計考量。 2.2 熱界麵材料（TIM）與散熱挑戰： 隨著芯片功耗密度的增加，熱管理成為先進封裝的瓶頸之一。本書專門開闢章節討論瞭高性能 TIMs（如液態金屬、導熱墊片）的選擇、應用工藝（如點膠精度、固化過程）以及其對長期可靠性的影響。探討瞭集成式散熱解決方案，如通過 TSV 結構引入散熱路徑的潛力。 第三部分：製造、可靠性與未來展望 本部分將視角從單元工藝擴展到整個製造生態係統，並展望瞭未來的技術方嚮。 1. 製造挑戰與良率提升 先進封裝的製造流程極其復雜，涉及多層材料的堆疊和精密的對準。本書分析瞭關鍵製造環節的良率影響因素，包括： 鍵閤對準誤差： 討論瞭次微米級（Sub-micron）對準技術，例如基於標記點（Landmark）的視覺識彆係統。 TSV/微凸點缺陷控製： 探討瞭空洞（Voids）、短路和開路缺陷的形成機理及預防措施。 晶圓應力管理： 闡述瞭在薄化和鍵閤過程中，如何通過臨時粘結膜（Tacky Tape）和晶圓支撐（Carrier）技術來有效管理晶圓的彎麯（Warp）和翹麯（Bow）。 2. 可靠性評估與封裝壽命預測 先進封裝結構的復雜性要求更嚴格的可靠性評估。本書涵蓋瞭針對高密度互聯的加速老化測試方法，如溫度循環（TC）、高加速應力測試（HAST）和電遷移（EM）測試。重點分析瞭混閤鍵閤界麵、TSV 側壁絕緣層在長期服役中的失效模式。 3. 未來趨勢：係統級封裝（SiP）與光電集成 最後，本書展望瞭下一代集成技術的發展方嚮，包括： 無源/有源光子集成（PIC）： 討論瞭如何將光波導、激光器與電子芯片緊密集成，以解決數據中心和高速通信中的帶寬瓶頸。 超高密度互聯： 探索瞭直接鍵閤（Direct Bonding）的極限，以及類芯片堆疊（Wafer-to-Wafer Bonding）在構建大規模存儲和計算陣列中的應用前景。 目標讀者 本書麵嚮半導體設計工程師、封裝工藝工程師、材料科學傢、係統架構師以及相關專業的大學高年級本科生和研究生。它為從業者提供瞭深入理解和掌握後摩爾時代核心競爭力的必備知識體係。

作者簡介

楊子明

　　交通大學半導體材料與製程設備學程工學碩士

鍾昌貴

　　颱北科技大學機電整閤所碩士

瀋誌彥

　　中正大學化工所工學碩士

李美儀

　　交通大學材料所工學博士

吳鴻佑

　　交通大學半導體材料與製程設備學程工學碩士

詹傢瑋

　　交通大學半導體材料與製程設備學程工學碩士

吳耀銓

　　美國史丹福大學材料科學工程與電機博士
　　交通大學材料科學與工程研究所教授

序
緻謝

第○章 設備維修需具備的知識技能以及半導體導論篇
0.1 設備維修該有的認知及態度
0.2 設備安全標示的認識
0.2.1 設備安全標示的認識
0.2.2 個人防護裝備的認識
0.3 設備機電係統的定義及分類
類比控製係統
數位控製係統
0.4 設備控製係統
0.5 常見電路圖圖示認識
0.6 半導體導論
參考文獻

第一章 擴散設備（Diffusion）篇
1.1 爐管（Furnace）
1.1.1 爐管設備係統架構
1.1.2 爐管製程介紹
1.1.3 製程程序步驟（Recipe）介紹
1.1.4 經驗分享
1.2 離子植入（Ion Implant）
1.2.1 離子植入製程基礎原理
1.2.2 離子植入機設備係統簡介
1.2.3 離子植入製程在積體電路製程的簡介
1.2.4 離子植入製程後的監控與量測
1.2.5 離子植入機操作注意事項
1.2.6 離子植入製程問題討論與分析
參考文獻

第二章 濕式蝕刻與清潔設備（Wet Bench）篇
2.1 濕式清洗與蝕刻的目的及方法
2.1.1 濕式清洗的目的
2.1.2 濕式蝕刻的目的
2.1.3 汙染物對半導體元件電性的影響
2.2 晶圓錶麵清潔與蝕刻技術
2.2.1 晶圓錶麵有機汙染（Organic Contamination）洗淨
2.2.2 晶圓錶麵原生氧化層的移除
2.2.3 晶圓錶麵洗淨清潔技術
2.2.4 晶圓錶麵濕式蝕刻技術
2.3 化學品供應係統
2.3.1 化學品分類
2.3.2 化學品供應係統
2.4 Wet Bench結構與循環係統
2.4.1 濕式蝕刻及清潔設備（Wet Bench）結構
2.4.2 濕式蝕刻及清洗設備（Wet Bench）傳動係統
2.4.3 循環係統與乾燥係統
參考文獻 133

第三章 薄膜設備（Thin Films）篇
3.1 電漿（Plasma）
3.1.1 電漿産生的原理
3.1.2 射頻電漿電源（RF Generator）的功率量測儀器
3.2 化學氣相沉積設備係統（Chemical Vapor Deposition, CVD）
3.2.0 簡介
3.2.1 電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）
3.2.2 新穎化學氣相沉積係統與磊晶係統（ALD、MBE、MOCVD）
3.3 物理氣相沉積設備係統（Physical Vapor Deposition, PVD）
3.3.1 熱蒸鍍
3.3.2 電子束蒸鍍
3.3.3 濺鍍
參考文獻

第四章 乾式蝕刻設備（Dry Etcher）篇
4.0 前言
4.0.1 乾式蝕刻機（Dry Etcher）
4.0.2 蝕刻腔體設計概念（Design Factors）
4.1 各種乾式蝕刻腔體設備介紹
4.1.1 反應式離子蝕刻機（Reactive Ion Etcher, RIE）
4.1.2 三極式電容偶閤蝕刻係統（Triode RIE）
4.1.3 磁場增進式平行闆電極（Magnetically Enhance RIE, MERIE）
4.1.4 高密度電漿蝕刻腔體（High Density Plasma Reactors）
4.1.5 多極式磁場侷限式電漿（Magnetic Multipole Confinement, MMC）
4.1.6 電感應偶閤電漿（Inductive Couple Plasma, ICP）
4.1.7 電子迴鏇共振式電漿（Electron Cyclotron Resonance, ECR）
4.1.8 螺鏇微波電漿源（Helicon Wave Plasma Source, HWP）
4.2 晶圓固定與控溫設備
4.3 終點偵測裝置（End Point Detectors）
4.4 乾式蝕刻製程（Dry Etching Processes）
4.4.1 乾式蝕刻與濕式蝕刻的比較
4.4.2 乾式蝕刻機製
4.4.3 活性離子蝕刻的微觀現象
4.4.4 各式製程蝕刻說明
4.5 總結
參考文獻

第五章 黃光微影設備（Photolithography）篇
5.1 前言
5.2 光阻塗佈及顯影係統（Track system : Coater / Developer）
5.2.1 光阻塗佈係統（Coater）
5.2.2 顯影係統（Developer）
5.3 曝光係統（Exposure System）
5.3.1 光學微影（Optical Lithography）
5.3.2 電子束微影（E-beam Lithography）
5.4 現在與未來
5.4.1 浸潤式微影（Immersion Lithography）
5.4.2 極紫外光微影（Extreme Ultraviolet Lithography）
5.4.3 多電子束微影（Multi-Beam Lithography）
5.5 工作安全提醒
參考文獻

第六章 研磨設備（Polishing）篇
6.1 前言
6.2 化學機械研磨係統（Chemical Mechanical Polishing, CMP）
6.2.1 研磨頭
6.2.2 研磨平颱
6.2.3 研磨漿料控製係統
6.2.4 清洗／其他
6.3 研磨漿料（Slurry）
6.4 化學機械研磨製程中常見的現象
6.5 化學機械研磨常用的化學品
參考文獻

第七章 IC製造概述篇
7.1 互補式金氧半電晶體製造流程（CMOS Process Flow）
前段製程（FEOL）
後段製程（BEOL）
7.2 CMOS閘極氧化層陷阱電荷介紹
四種基本及重要的電荷
高頻的電容對電壓特性麯綫（C-V curve）
參考文獻

第八章 控製元件檢測及維修篇
8.1 簡介
8.2 維修工具的使用
8.2.1 一般性維修工具組
8.2.2 三用電錶的使用
8.2.3 示波器（Oscilloscope）的使用
8.2.4 數位邏輯筆的使用
8.3 設備機颱常見的控製元件與儀錶控製器
8.3.1 電源供應器（Power Supply）
8.3.2 溫度控製器（Temperature Controller）
8.3.3 伺服與步進馬達（Servo and Stepping Motor）
8.3.4 質流控製器（Mass Flow Controller, MFC）
8.3.5 電磁閥（Solenoid Valve）
8.3.6 感測器（Sensor）
8.3.7 可程式邏輯控製器（PLC）
參考文獻

索引

序

　　隨著産業的升級，半導體科技迅速的發展，使得積體電路(IC)日益蓬勃成熟。如同摩爾定律(Moore’s Law)所預測的，由於元件的尺寸不斷地微縮化 (Scaling)至奈米(nm)尺寸，導緻積體電路的製造技術也變得更為復雜，當然製程設備也不斷的遭遇更大的挑戰。

　　迴想起本人於學生時代第一次接觸半導體時，心裏便覺得「這根本就是一門藝術學」，因為在晶圓(Wafer)上的元件(Device)製作，根本不是肉眼所能看見的，從此便開啓瞭本人對於半導體的興趣及鑽研。而在任職於國傢級半導體實驗室的那段期間，有多次機會被指派擔任來賓參訪的解說，在過程中我最喜歡引用比薩(Pizza)的製作方式來比喻IC的製造流程：比薩的餅皮就像晶圓一樣，可做為基底材料，如果今天客戶(例如IC設計公司)預訂瞭一個夏威夷口味，那比薩店(晶圓廠)就要開始先定義哪裏要放鳳梨，哪裏要放火腿(如黃光微影製程)，緊接著在預定要放鳳梨及火腿的區域挖一個小凹槽(如乾式或濕式蝕刻)，然後凹槽上放上預定的鳳梨或火腿(如沉積或熱成長)，最後將整個比薩送進烤箱裏烘烤(如迴火製程)。烘烤完成後，再將比薩做切割，當然每一小片都是符閤客戶所要的夏威夷口味(功能)。所以，如果客戶是要以每一小片來議價時，那可將餅皮的尺寸做的大一點，完成一次的工，可提供夏威夷口味的片數就變多，成本自然可降低。所以晶圓廠纔會從6吋、8吋、12吋，甚至未來的18吋晶圓廠一直蓋下去。

　　當初發起這個構想撰寫這本半導體書籍，主要是想提供給讀者一個更多元化的的選擇。而會邀請這麼多的作者一同來撰寫，主要是希望能藉由各位作者在各領域的專長與多年經驗，匯集成深入淺齣的專業知識，與各位讀者分享。本人所撰寫的部分為第0章0.6節半導體導論、第1章1.1節爐管(Furnace)、第3章3.1節電漿(Plasma) 、第3章3.3節物理氣相沉積設備係統(PVD)以及第7章IC製造概述篇。而第0章0.1~0.5節設備維修需具備的知識技能、第2章濕式蝕刻與清潔設備(wet bench)篇及第8章控製元件檢測及維修篇為鍾昌貴先生所撰寫。第3章3.2節化學氣相沉積設備係統(CVD)及第4章乾式蝕刻設備(Dry Etcher)篇為瀋誌彥先生所撰寫。第6章研磨設備(Polish)篇為李美儀博士所撰寫。第5章黃光微影設備(Photolithography)篇為吳鴻佑先生所撰寫。第1章1.2節離子植入(Ion Implant)為詹傢瑋先生所撰寫。全文由交通大學吳耀銓教授校閱。希望對於半導體有興趣的同學或讀者們，能藉由此書培養紮實的基礎與實際應用的能力；而對於半導體領域已有相當認識的讀者們，也能藉由此書，將已學的知識更加融會貫通，以期更有效率的的解決問題。最後，希望大傢都能對於半導體機颱設備及其製程技術，有一個全觀的認識，以提升職場的競爭力。

评分☆☆☆☆☆

我得說，《半導體製程設備技術(2版)》絕對是我近年來讀過的最實在的專業書籍之一。它不是那種泛泛而談的書，而是真正沉下心來，把每一個工藝環節、每一颱核心設備都講得明明白白，而且是那種能夠直接應用到工作中的知識。比如說，我最近在處理CMP（化學機械拋光）設備時遇到瞭一些問題，翻看這本書，關於CMP的原理、不同拋光液的選擇、拋光墊的特性以及對Wafer錶麵形貌的影響，都有非常詳細的分析和圖示。作者甚至還列舉瞭一些常見的CMP問題及其解決方案，這簡直是雪中送炭！讓我感到驚喜的是，這本書對量測設備的部分也絲毫不含糊，各種光學量測、電學量測、原子力顯微鏡等等，都講得非常透徹，這對於保證生産過程中的質量控製至關重要。而且，書中的專業術語雖然不少，但都解釋得非常到位，不會讓你産生“看瞭等於沒看”的感覺。

评分☆☆☆☆☆

這本書的視角非常獨特，它沒有像很多教科書那樣死闆地羅列公式和概念，而是從一個更宏觀、更具“生命力”的角度來講述半導體設備。它讓我感覺，這些設備不僅僅是冰冷的機器，而是承載著人類智慧和技術進步的結晶。作者在描述每一種設備時，都會巧妙地融入一些曆史背景和行業發展趨勢，讓讀者在學習技術的同時，也能感受到半導體行業蓬勃發展的脈搏。例如，在介紹晶圓製造中的退火設備時，他不僅解釋瞭快速熱處理（RTP）的技術原理，還探討瞭它在提升器件性能和良率方麵的關鍵作用，以及未來可能的發展方嚮。書中還穿插瞭一些關於設備可靠性、維護策略以及未來自動化和智能化趨勢的討論，這些內容對於我們這些一綫技術人員來說，不僅能幫助我們更好地理解設備，更能啓發我們對未來工作的思考。閱讀這本書的過程，就像是與一位經驗豐富的老前輩在進行一場深入的交流，受益匪淺。

评分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個對半導體工藝設備隻有初步瞭解的讀者來說，《半導體製程設備技術(2版)》簡直是一本“百科全書”式的啓濛讀物。雖然我可能無法像專業人士那樣理解每一個細微的技術參數，但這本書通過清晰的結構和生動的講解，讓我對半導體製造的整個流程有瞭一個全麵而係統的認識。作者在描述各種清洗設備時，詳細講解瞭不同清洗方法的原理，例如濕法清洗中的SC-1、SC-2以及IPA Vapour Cleaning，以及它們在去除不同種類汙染物時的效率差異。他還特彆強調瞭這些清洗步驟對後續工藝良率的重要性，讓我意識到瞭細節決定成敗的道理。此外，關於封裝和測試設備的部分，雖然內容不像前半部分那樣深入，但也足夠讓我對芯片的最終形態有一個基本的瞭解。這本書的好處在於，它既有深度，又不失易懂性，能夠滿足不同層次讀者的需求，是一本非常值得推薦的工具書。

评分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度著實讓人驚艷！作為一名在半導體行業工作多年的技術人員，我經常需要查閱各種技術資料，但很少有哪本書能夠像《半導體製程設備技術(2版)》這樣，將整個半導體製造工藝設備體係梳理得如此清晰且詳盡。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一部半導體工藝設備發展的史詩。作者對每一種設備的演進曆程都有深入的探討，從早期粗糙的設備到如今納米級的精密儀器，每一次技術的飛躍都伴隨著怎樣的挑戰和突破，書中都有詳細的闡述。尤其是在介紹薄膜沉積設備時，作者花瞭很大篇幅講解瞭CVD、PVD、ALD等不同技術的原理、應用場景以及各自的優劣勢，並且深入分析瞭各種工藝參數對薄膜質量的影響，比如溫度、壓力、氣體流量、反應時間等等。這對於我們在實際工作中優化工藝參數，解決生産瓶頸非常有指導意義。此外，書中還包含瞭大量的實際案例和數據分析，讓我能夠更直觀地理解理論知識在實際生産中的應用。

评分☆☆☆☆☆

這本書真的太紮實瞭！我本來以為半導體工藝設備這種東西離我們普通人很遙遠，沒想到這本書把它講得這麼透徹。從最基礎的晶圓製造流程開始，到各種精密設備的原理、操作和維護，幾乎涵蓋瞭半導體生産綫的每一個環節。作者在講解每一種設備時，都不會僅僅停留在“它是什麼”的層麵，而是深入到“它為什麼是這樣的”，以及“它是如何工作的”。比如說，在講光刻機的時候，他不僅詳細介紹瞭DUV和EUV技術的區彆，還解釋瞭不同光源、不同曝光方式對分辨率的影響，甚至還提到瞭掩模版的製作工藝。我印象特彆深的是關於刻蝕設備的部分，作者列舉瞭乾法刻蝕和濕法刻蝕的優缺點，還分析瞭等離子體刻蝕中不同氣體配方對材料選擇性和刻蝕速率的影響，這部分的內容對理解芯片的精細結構至關重要。而且，書中的圖文並茂，大量的示意圖和流程圖讓抽象的理論變得具象化，即使是第一次接觸這些專業知識的讀者，也能比較容易理解。讀完這本書，我感覺自己對一片小小的芯片是如何誕生的，有瞭一個全新的、更深刻的認知。