纳米集成电路制造工艺(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张汝京 编

图书标签:

• 纳米技术
• 集成电路
• 制造工艺
• 半导体
• 微电子学
• 工艺流程
• 器件物理
• 材料科学
• 电子工程
• 第二版

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出版社： 清华大学

ISBN：9787302452331

商品编码：23691885820

开本：16

出版时间：2017-01-01

基本信息

• 商品名称：纳米集成电路制造工艺(第2版)
• 作者：编者:张汝京
• 定价：89
• 出版社：清华大学
• ISBN号：9787302452331

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2017-01-01
• 印刷时间：2017-01-01
• 版次：2
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：471
• 字数：744千字

内容提要

张汝京等编著的《纳米集成电路制造工艺(第2版 )》共分19章，涵盖**集成电路工艺的发展史，集 成电路制造流程、介电薄膜、金属化、光刻、刻蚀、 表面清洁与湿法刻蚀、掺杂、化学机械平坦化，器件 参数与工艺相关性，DFM(Design for Manufacturing)，集成电路检测与分析、集成电路的 可靠性，生产控制，良率提升，芯片测试与芯片封装 等项目和课题。
     **从事半导体产业的科研工作者、技术工作者 和研究生可使用本书作为教科书或参考资料。
    

目录

**章 半导体器件
1.1 N型半导体和P型半导体
1.2 PN结二极管
1.2.1 PN结自建电压
1.2.2 理想PN结二极管方程
1.3 双极型晶体管
1.4 金属-氧化物-半导体场效应晶体管
1.4.1 线性模型
1.4.2 非线性模型
1.4.3 阈值电压
1.4.4 衬底偏置效应
1.4.5 亚阈值电流
1.4.6 亚阈值理想因子的推导
1.5 CMOS器件面临的挑战
1.6 结型场效应晶体管
1.7 肖特基势垒栅场效应晶体管
1.8 高电子迁移率晶体管
1.9 无结场效应晶体管
1.9.1 圆柱体全包围栅无结场效应晶体管突变耗尽层近似器件模型
1.9.2 圆柱体全包围栅无结场效应晶体管完整器件模型
1.9.3 无结场效应晶体管器件制作
1.10 量子阱场效应晶体管
1.11 小结
参考文献
第2章 集成电路制造工艺发展趋势
2.1 引言
2.2 横向微缩所推动的工艺发展趋势
2.2.1 光刻技术
2.2.2 沟槽填充技术
2.2.3 互连层RC延迟的降低
2.3 纵向微缩所推动的工艺发展趋势
2.3.1 等效栅氧厚度的微缩
2.3.2 源漏工程
2.3.3 自对准硅化物工艺
2.4 弥补几何微缩的等效扩充
2.4.1 高k金属栅
2.4.2 载流子迁移率提高技术
2.5 展望
参考文献
第3章 CMOS逻辑电路及存储器制造流程
3.1 逻辑技术及工艺流程
3.1.1 引言
3.1.2 CMOS工艺流程
3.1.3 适用于高k栅介质和金属栅的栅*后形成或置换金属栅CMOS工艺流程
3.1.4 CMOS与鳍式MOSFET(FinFET)
3.2 存储器技术和制造工艺
3.2.1 概述
3.2.2 DRAM和eDRAM
3.2.3 闪存
3.2.4 FeRAM
3.2.5 PCRAM
3.2.6 RRAM
3.2.7 MRAM
3.2.8 3D NAND
3.2.9 CMOS图像传感器
3.3 无结场效应晶体管器件结构与工艺
参考文献
第4章 电介质薄膜沉积工艺
4.1 前言
4.2 氧化膜/氮化膜工艺
4.3 栅极电介质薄膜
4.3.1 栅极氧化介电层-氮氧化硅(SiOxNy)
4.3.2 高k栅极介质
4.4 半导体*缘介质的填充
4.4.1 高密度等离子体化学气相沉积工艺
4.4.2 O3-TEOS的亚常压化学气相沉积工艺
4.5 超低介电常数薄膜
4.5.1 前言
4.5.2 RC delay对器件运算速度的影响
4.5.3 k为2.7～3.0的低介电常数材料
4.5.4 k为2.5的超低介电常数材料
4.5.5 刻蚀停止层与铜阻挡层介电常数材料
参考文献
第5章 应力工程
第6章 金属薄膜沉积工艺及金属化
第7章 光刻技术
第8章 干法刻蚀
第9章 集成电路制造中的污染和清洗技术
**0章 超浅结技术
**1章 化学机械平坦化
**2章 器件参数和工艺相关性
**3章 可制造性设计
**4章 半导体器件失效分析
**5章 集成电路可靠性介绍
**6章 集成电路测量
**7章 良率改善
**8章 测试工程
**9章 芯片封装

《微纳器件的精密制造与表征》（第二版） 内容简介 本书系统阐述了微纳器件制造领域的核心技术、关键工艺流程及其在不同领域的应用。全书分为五个部分，共计二十章，内容涵盖了从基础的半导体材料选择与处理，到复杂的微纳结构加工，再到器件性能的精确表征，以及新兴的制造技术展望。本书旨在为从事微电子、光电子、MEMS、生物传感器、先进封装等相关领域的科研人员、工程师和研究生提供一本全面、深入且实用的参考手册。 第一部分：微纳器件制造基础 本部分聚焦于微纳器件制造的基石，深入探讨了半导体材料的特性、晶圆制备以及微纳加工中最基础的工艺原理。 第一章：半导体材料基础与选择 详细介绍了硅、砷化镓、氮化镓等主流半导体材料的晶体结构、能带理论、掺杂机理及导电特性。着重分析了不同材料在电子迁移率、击穿电压、热导率、光学性质等方面的差异，并结合当前器件发展的需求，阐述了材料选择的考量因素，如成本、性能、可靠性以及生态兼容性。同时，探讨了新型二维材料（如石墨烯、TMDs）在微纳器件制造中的潜力和挑战。 第二章：晶圆制备与处理 深入剖析了从硅砂到高品质单晶硅锭的生长过程，包括Czochralski法（CZ法）和浮区法（FZ法）的原理、工艺参数控制及其对晶圆缺陷的影响。详细介绍了晶圆的切割、研磨、抛光等步骤，重点讲解了化学机械抛光（CMP）在获得纳米级表面平整度中的作用。同时，讨论了晶圆的清洗技术，如RCA清洗、ASMI清洗等，强调了超净环境和痕量金属控制的重要性，以减少工艺中的污染物引入。 第三章：薄膜沉积技术 全面梳理了用于微纳器件制造的各种薄膜沉积技术。物理气相沉积（PVD）包括蒸镀（Evaporation）和溅射（Sputtering），详细介绍了其工作原理、设备结构、工艺参数（如真空度、靶材、功率、溅射角度）的调节及其对薄膜厚度、均匀性、致密性、附着力和结晶度的影响。化学气相沉积（CVD）部分，重点讲解了低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和原子层沉积（ALD）的机理。ALD因其原子级的自限性生长机制，在精确控制薄膜厚度和实现高纵横比结构填充方面的优势被重点强调，并列举了其在栅介质、阻挡层等关键应用。 第四章：光刻技术原理与发展 系统介绍了光刻作为微纳器件制造中最核心的图形转移技术。详细阐述了接触式光刻、接近式光刻、投影式光刻的工作原理，并着重讲解了步进式和扫描式（Steppers and Scanners）投影光刻系统的构成和发展。深入分析了光刻胶的化学原理、曝光机制、显影过程以及分辨率、套刻精度等关键指标。对深紫外（DUV）光刻（如193nm ArF）和极紫外（EUV）光刻（13.5nm）技术进行了详细介绍，包括光源、光学系统、掩模版、光刻胶的挑战与发展方向，以及对未来超高密度集成电路制造的意义。 第二部分：微纳结构加工技术 本部分深入探讨了如何利用各种干湿法刻蚀技术，以及晶体生长、薄膜图案化等多种手段，在晶圆上精确构建出所需的微纳器件结构。 第五章：干法刻蚀技术 重点介绍了等离子体刻蚀（Plasma Etching）的物理和化学机理。详细讲解了反应离子刻蚀（RIE）、电感耦合等离子体刻蚀（ICP-RIE）等主流技术。分析了等离子体组分（如反应气体、添加气体）、工艺参数（如气压、功率、温度、偏压）对刻蚀速率、选择比、各向异性（Profile control）的影响。重点阐述了其在硅、氧化物、氮化物、金属等材料刻蚀中的应用，以及如何实现高深宽比（HAR）结构的刻蚀。 第六章：湿法刻蚀技术 阐述了湿法刻蚀的化学反应机理，包括氧化-还原反应、络合反应等。介绍了不同腐蚀液（如HF、H3PO4、H2SO4、NH4OH等）对不同材料的选择性。详细讲解了湿法刻蚀的优势（如成本低、设备简单）和劣势（如选择性不高、易产生侧壁腐蚀、难以实现高精度图形）。重点介绍了其在硅深槽刻蚀（如KOH、TMAH）、氧化物抛光等方面的应用。 第七章：薄膜图案化与集成 本章将光刻和刻蚀技术结合，详细阐述了完整的薄膜图案化流程，即“光刻—刻蚀—光刻胶去除”的循环。探讨了正性胶和负性胶在图案化中的应用。重点介绍了金属互连线、栅极结构、通孔（Via）等关键结构的形成过程。同时，引入了“溅射沉积—提升光刻—刻蚀”的溅射提升（Lift-off）技术，以及在微纳制造中如何实现复杂多层结构的精确对准和堆叠。 第八章：其他微纳加工技术 除了主流的光刻和刻蚀技术，本章还介绍了一些新兴或特定的微纳加工手段。包括电子束光刻（EBL）和离子束光刻（IBL）的原理、优势（高分辨率）和局限性（低效率），在研发和小批量生产中的应用。介绍了聚焦离子束（FIB）技术在精密加工、材料去除、缺陷修补和原位表征方面的独特作用。此外，还简述了激光直写、纳米压印（NIL）等技术，并分析了它们在特定微纳结构制造中的潜力和应用场景。 第三部分：微纳器件类型与制造 本部分将前面介绍的基础制造工艺与特定类型的微纳器件相结合，深入解析了不同器件的制造流程、关键工艺节点以及性能优化策略。 第九章：MOSFET及其先进制造工艺 系统介绍了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构、工作原理和发展历程。重点讲解了CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的制造流程，包括阱区形成、沟道掺杂、栅极形成（包括功函数可调的金属栅极）、源漏掺杂、接触孔形成和金属互连。深入讨论了先进MOSFET器件的制造挑战，如短沟道效应、亚阈摆幅（Subthreshold Swing）的限制，以及FinFET（鳍式场效应晶体管）和GAA（Gate-All-Around）晶体管等三维结构器件的制造技术，阐述了其在提升性能和减小功耗方面的优势。 第十章：Bipolar晶体管与BiCMOS技术 介绍了双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）的工作原理、特性曲线及其在高速模拟电路中的应用。详细阐述了BiCMOS（双极CMOS）技术，即同时将BJT和CMOS电路集成在同一芯片上的制造工艺。分析了BiCMOS技术在提升混合信号IC性能（如高频特性、驱动能力）方面的优势，以及其在制造过程中涉及的特殊工艺步骤，如异质结双极晶体管（HBT）的制造。 第十一章：微机电系统（MEMS）制造 聚焦于MEMS器件的独特制造工艺。根据MEMS器件的结构特点，将制造工艺分为“体硅微加工”（Bulk Micromachining）和“表面硅微加工”（Surface Micromachining）。详细介绍了这两种工艺的原理、优缺点以及常用的材料和工艺步骤。例如，体硅微加工常用于制造位移大的结构，如悬臂梁、薄膜。表面硅微加工则常用于制造复杂的二维或三维微结构，如微镜、微泵。讨论了MEMS器件中常用到的微执行器（如静电、压电、热驱动）和微传感器的制造技术。 第十二章：光电子器件制造 深入讲解了LED、激光器、光电探测器等光电子器件的制造工艺。对于LED和激光器，重点介绍了外延生长技术（如MOCVD、MBE）在制备多量子阱（MQW）结构中的作用，以及p-n结的形成、光刻、刻蚀、钝化和金属化工艺。对于光电探测器，阐述了不同类型的探测器（如PIN、APD）的结构及其制造过程，强调了材料选择对器件响应波长和探测效率的影响。 第十三章：先进封装与三维集成 本章着眼于后摩尔时代器件的集成与互连。介绍了先进封装技术，如晶圆级封装（WLP）、凸点阵列封装（BGA）、扇出型晶圆级封装（FOPLP）等。详细阐述了三维集成（3D IC）技术，包括堆叠裸片（Stacking Dies）、硅通孔（TSV, Through-Silicon Via）的制造及其与前道工艺的协同。讨论了晶圆键合（Wafer Bonding）、局部氧化（LOCOS）等关键工艺在三维集成中的作用，以及如何实现器件之间的电气连接和热管理。 第四部分：微纳器件性能表征与可靠性 本部分强调了对制造出的微纳器件进行精确测量、性能评估以及确保其长期稳定运行的重要性。 第十四章：光学显微成像与量测 介绍了光学显微镜在微纳器件制造中的应用，包括明场、暗场、相衬、微分干涉等成像技术。重点讲解了光学测量技术，如关键尺寸（CD）测量、线宽测量、形貌测量等，以及使用CD-SEM（扫描电子显微镜）和AFM（原子力显微镜）进行纳米级尺寸测量的方法。 第十五章：电子显微学与光谱学表征 深入探讨了扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在微纳结构形貌、截面分析、材料成分和结晶度表征中的作用。详细介绍了能量色散X射线谱（EDX/EDS）和波长色散X射线谱（WDX/WDS）在元素成分分析中的应用。同时，阐述了X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等技术在材料结构和表面化学态分析中的重要性。 第十六章：电学特性测试与分析 系统介绍了微纳器件的电学参数测试方法，包括I-V（电流-电压）特性曲线、C-V（电容-电压）特性曲线、跨导、阈值电压、亚阈摆幅、漏电流、击穿电压等关键指标的测量。阐述了在晶圆级测试（Wafer Level Test）和封装后测试（Package Level Test）中使用的设备和技术，以及统计分析在器件性能分布评估中的作用。 第十七章：器件可靠性与失效分析 讨论了微纳器件在实际工作环境中的可靠性问题，包括热应力、电迁移、栅氧化层击穿、ESD（静电放电）等。介绍了加速寿命试验（ALT）方法，如高温偏压（HTPB）、高温高湿（HHG）试验。详细阐述了失效模式的识别和分析方法，如显微镜检查、截面分析、电学故障定位等，为提升器件的长期稳定性和可靠性提供指导。 第五部分：前沿技术与未来展望 本部分将目光投向微纳器件制造的未来发展趋势，探讨了新兴技术和潜在的突破性方向。 第十八章：先进光刻技术进展 进一步深化对EUV光刻的讨论，包括多重曝光技术（Multi-patterning）、EUV光刻胶的最新进展、光学邻近效应修正（OPC）和图案化依赖性修正（PDC）等。探讨了下一代光刻技术，如High-NA EUV（高数值孔径EUV）的原理、挑战和实现路径。 第十九章：新型纳米材料与器件 关注了材料科学在微纳器件制造中的驱动作用。深入探讨了二维材料（如MXenes、黑磷）在高性能晶体管、传感器和柔性电子器件中的应用潜力。介绍了量子点、纳米线、纳米颗粒等纳米材料的制备方法及其在光电器件、生物医学和催化领域的创新应用。 第二十章：人工智能与机器学习在制造中的应用 展望了人工智能（AI）和机器学习（ML）在微纳器件制造中的变革性作用。探讨了AI/ML在工艺参数优化、缺陷检测与预测、良率提升、设备维护预测以及新材料设计等方面的应用。介绍了数据驱动的工艺控制（Data-Driven Process Control）和智能制造（Smart Manufacturing）的理念。 总结 《微纳器件的精密制造与表征》（第二版）力求为读者提供一个系统、全面、深入的学习和研究平台。本书内容严谨，逻辑清晰，结合了理论阐述和实际应用，辅以丰富的图例和案例，希望能帮助读者深刻理解微纳器件制造的复杂性与精妙性，掌握关键技术，并激发在微纳器件领域的创新灵感。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚入职不久的集成电路设计初学者，我对制造工艺的了解尚显匮乏，往往在设计完成后，对其能否顺利流片、成品率如何心中没底。偶然间听闻《纳米集成电路制造工艺（第2版）》这本书，抱着试一试的心态入手。没想到，这本书带给我的惊喜远超预期。它以一种非常友好的方式，将原本在我看来晦涩难懂的制造流程，分解成一个个可理解的单元。从硅的提纯到最终的芯片封装，每一步的意义、目的、以及涉及的关键技术都介绍得清清楚楚。特别是对于一些我设计中经常会遇到的版图规则和设计约束，书中都有详细的解释，让我能更深刻地理解为何要有这些规则，以及违反这些规则可能带来的后果。举个例子，书中对CMP（化学机械抛光）的讲解，让我明白了为何平坦化如此重要，以及不同的CMP配方和工艺参数对表面形貌的影响，这在我后续的设计中，对于考虑金属层布线的平整度有了全新的认识。这本书并没有像某些教科书那样只关注理论，而是大量引入了实际的工艺流程和可能出现的缺陷，这让我能够更好地将设计思维与制造现实相结合，设计出更易于制造、良率更高的芯片。

评分☆☆☆☆☆

这是一本厚重的参考书，对于需要深入了解半导体制造的任何一个环节的人来说，都极具价值。书中对各种纳米技术的阐述，如量子点、纳米线、二维材料等在集成电路制造中的潜在应用，以及相关的制备和表征技术，都进行了比较前沿的介绍。我尤其关注了关于栅极工程、沟道材料选择以及先进互连技术等章节，这些都是影响芯片性能和功耗的关键因素。书中对不同材料的物理化学性质、在纳米尺度下的行为特征，以及如何通过精确控制来构建高性能晶体管的详细论述，给我留下了深刻的印象。例如，在谈到高介电常数（High-k）栅介质材料时，书中不仅介绍了其种类和性能优势，还详细分析了界面态的控制、金属栅电极的兼容性以及相关工艺集成中的挑战。这对于理解现代CMOS技术的发展趋势和面临的瓶颈非常有帮助。虽然某些部分的研究成果可能尚未完全商业化，但对于了解未来技术发展方向和前沿研究领域，本书提供了非常宝贵的参考信息。它鼓励读者跳出固有的思维模式，去探索和思考新的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常有深度和广度的技术专著，如果想在集成电路制造领域深耕，这本书绝对是不可或缺的参考资料。其在材料科学、物理学、化学以及工程学等多个学科交叉领域的整合能力非常出色。作者对于纳米尺度下各种物理化学效应的深刻洞察，以及如何将其转化为可控的制造工艺，是本书最核心的价值所在。例如，在介绍原子层沉积（ALD）时，书中不仅给出了反应机理，还深入分析了不同前驱体选择、温度、压力等参数对薄膜质量的影响，以及ALD在制造高深宽比纳米结构时的优势。对于那些追求极致性能和微缩极限的工程师而言，这部分内容无疑是宝贵的财富。此外，书中对先进光刻技术，如EUV（极紫外光）的原理、光源技术、掩模版制造、以及光刻胶的研发进展都有详尽的介绍，这对于理解下一代芯片制造的瓶颈和发展方向至关重要。虽然某些章节涉及的理论推导和数学模型对于非专业人士可能稍显复杂，但整体而言，本书在保证学术严谨性的同时，也兼顾了工程实践的可操作性，是一部将理论研究与产业应用紧密结合的典范之作。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在半导体行业摸爬滚打多年的工程师，手头关于IC制造的书籍不下数十本，但真正让我觉得能时时翻阅、受益匪浅的却不多。《纳米集成电路制造工艺（第2版）》无疑是其中之一。从目录上看，这本书几乎覆盖了从前端晶圆制备到后端封装的整个流程，而且对每一环节的原理、工艺步骤、关键设备、以及常见的良率提升策略都进行了深入浅出的阐述。尤其吸引我的是，它在介绍一些前沿纳米技术时，并没有仅仅停留在概念层面，而是详细讲解了这些技术在实际生产中的应用难点和解决方案，这对于我们这些一线研发人员来说，价值连城。书中对工艺参数的控制、材料的选择、以及杂质的预防都进行了细致的分析，读起来仿佛身临其境，能够真切地感受到每一个微小环节对最终产品性能的影响。虽然我还没能完全消化其中的所有内容，但仅仅是前几章关于光刻、刻蚀和薄膜沉积的讲解，就为我解决近期工作中遇到的一个困扰多年的技术难题提供了新的思路。这本书的逻辑清晰，语言专业但易于理解，配图也非常精细，极大地提升了阅读体验。我非常期待能随着对这本书的深入学习，进一步提升自己在纳米集成电路制造领域的专业技能。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种喜欢追溯事物本质的人来说，《纳米集成电路制造工艺（第2版）》提供了一个绝佳的视角。它不仅仅是介绍“怎么做”，更重要的是深入剖析了“为什么这样做”。书中对每一种工艺步骤的起源、发展、以及不断优化的逻辑都进行了细致的梳理。比如，在讲到刻蚀工艺时，不仅仅列举了干法刻蚀和湿法刻蚀的不同，还详细分析了等离子体刻蚀的物理和化学机理，以及如何通过调整气体组分、功率、频率等参数来控制刻蚀速率、选择比和各向异性。这种层层剥茧的讲解方式，让我能够更透彻地理解不同工艺参数对最终器件结构的影响，从而在遇到工艺问题时，能够从根本上找到症结所在。书中还穿插了一些历史性的案例分析，展现了科学家和工程师们是如何一步步克服技术难题，推动集成电路制造技术向前发展的，这让我在学习枯燥的工艺知识的同时，也感受到了科技进步的魅力和挑战。读完这本书，我感觉自己对集成电路制造的理解不再是停留在表面的操作层面，而是上升到了对原理和机理的深刻认知。