ASIC芯片设计从实践到提高 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国电力

作者:池雅庆

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2007-6

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787508353784

丛书系列:

图书标签:

• 芯片设计
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《集成电路制造工艺与设备：半导体产业的核心驱动力》 内容简介： 本书旨在深入剖析集成电路（IC）制造的每一个关键环节，从晶圆的制备到最终的芯片封装，全面揭示驱动着现代科技发展的半导体产业的幕后英雄。本书并非聚焦于集成电路的设计本身，而是将视角转向那些赋予设计蓝图生命、使其成为可用芯片的精细化、高科技制造过程。读者将踏上一段探索微观世界的旅程，理解一块小小的硅片如何通过一系列复杂而严谨的物理和化学反应，演变成承载着无数计算能力和功能的器件。 第一篇：基础原料与晶圆制造 在任何IC制造的起点，都是高纯度材料的准备。本篇将详细介绍半导体制造中最核心的材料——硅。我们将追溯硅的提纯过程，从原材料石英砂开始，经过冶炼、区域熔炼等关键步骤，最终获得高纯度的多晶硅。随后，深入讲解如何将这些多晶硅转化为具有特定晶向的单晶硅棒，即“晶棒”。这一过程的精准控制，直接影响到后续制造出的芯片的性能和可靠性。 晶棒被切割成薄片，形成了我们熟知的“晶圆”。本篇将重点阐述晶圆的生长技术，例如直拉法（Czochralski method）和区熔法（Floating Zone method），并讨论影响晶圆直径、厚度、平整度以及表面质量的关键工艺参数。此外，还将介绍晶圆的抛光工艺，如化学机械抛光（CMP），以达到原子级的平整度，为后续的光刻等工艺奠定坚实基础。晶圆的完整性和纯度，是决定整个芯片良率的首要因素。 第二篇：光刻技术——微观世界的雕刻艺术 光刻是集成电路制造中最具标志性也最为关键的工艺之一。本篇将全面解析光刻的原理、设备和材料。我们将从基础的光学原理出发，介绍掩模版（Mask）的作用，它如同设计图的“印章”，将电路图案精确地转移到晶圆表面。 详细介绍不同代际的光刻技术，从早期的g线、i线光刻，到深紫外（DUV）光刻，再到当前最前沿的极紫外（EUV）光刻。每一代技术的进步都伴随着光源波长的大幅缩短、数值孔径（NA）的提升以及光学系统的优化，从而能够绘制出更精细的图形。本书将深入探讨曝光机的核心组成部分，包括光源、照明系统、物镜系统和对准系统，并解释其工作流程。 光刻胶（Photoresist）是光刻工艺中的关键材料。本篇将介绍不同类型光刻胶的化学原理，如正性光刻胶和负性光刻胶，以及它们如何响应紫外光而发生化学变化。同时，还将详细阐述光刻胶的涂布、显影、刻蚀等一系列辅助工艺，以及这些工艺的优化对图形质量的影响。读者将了解到，光刻不仅仅是简单的“曝光”，而是一门融合了光学、化学、材料学和精密机械的综合性技术。 第三篇：薄膜沉积与材料工程 在晶圆表面构建复杂的电路结构，需要逐层添加和去除各种功能性薄膜。本篇将深入探讨各种关键的薄膜沉积技术。 物理气相沉积（PVD）是其中一种重要技术，包括溅射（Sputtering）和蒸发（Evaporation）。本书将详细介绍不同PVD技术的设备结构、工作原理以及它们在金属互连、阻挡层等薄膜沉积中的应用。读者将理解如何通过控制溅射功率、气体压力、基板温度等参数，来实现薄膜的均匀性、致密性和附着力。 化学气相沉积（CVD）是另一种广泛应用的沉积技术，包括低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和高密度等离子体化学气相沉积（HDPCVD）等。本篇将深入分析CVD反应机理，以及各种CVD技术的优缺点。我们将探讨如何通过控制反应气体、温度、压力和等离子体参数，来沉积氮化物、氧化物、多晶硅和金属薄膜等，并阐述其在绝缘层、介电层和导电层构建中的重要作用。 此外，原子层沉积（ALD）作为一种具有原子级精度控制的沉积技术，也将在本篇中得到详细介绍。ALD的逐层沉积机理和其在超薄、超密薄膜制造中的优势，尤其是在先进逻辑器件和存储器中的应用，将得到深入探讨。 第四篇：刻蚀工艺——精准去除的艺术 刻蚀是IC制造中用于选择性地去除晶圆表面不需要的薄膜，以形成预定电路图案的关键步骤。本篇将详细解析刻蚀的原理、设备和工艺。 干法刻蚀（Dry Etching）是当前主流的刻蚀技术，尤其是反应离子刻蚀（RIE）。本书将深入分析RIE的工作原理，包括等离子体的产生、离子的轰击作用和化学反应的协同效应。我们将详细介绍刻蚀腔体的结构、气体种类（如含氟、含氯气体）、射频功率、压力、温度等工艺参数对刻蚀速率、各向异性（Verticality）和选择性（Selectivity）的影响。读者将了解到，实现高精度、高深宽比（High Aspect Ratio）的刻蚀是制造先进芯片的挑战之一。 湿法刻蚀（Wet Etching）虽然在某些场合仍有应用，但其各向同性（Isotropy）强的特点限制了其在精细图形制造中的使用。本篇也将对湿法刻蚀的原理、常用的腐蚀液以及其适用范围进行简要介绍。 第五篇：离子注入与退火——材料性质的重塑 离子注入是用于改变半导体材料导电类型和掺杂浓度的关键工艺。本篇将深入介绍离子注入的原理和设备。我们将讲解如何通过加速的离子束轰击晶圆表面，将特定杂质原子（如磷、砷、硼）精确地注入到硅衬底的特定区域。本书将详细阐述离子能量、剂量、扫描方式、基板温度等参数对注入深度的分布、杂质浓度的均匀性和注入缺陷的影响。 退火工艺是离子注入后必不可少的步骤，用于激活注入的掺杂剂，修复离子轰击造成的晶格损伤，并促进杂质原子的扩散。本篇将介绍不同类型的退火工艺，如快速热退火（RTA）和炉管退火。我们将探讨退火温度、时间、气氛等工艺参数对掺杂剂激活率、扩散 profile 和晶体损伤修复的效果。先进的退火技术，如激光退火，也将被纳入讨论范围。 第六篇：互连技术与金属化 现代IC芯片内部的晶体管需要通过复杂的导线网络进行连接，实现信号的传输和电源的分配。互连技术是实现这一目标的关键。本篇将聚焦于芯片的金属化过程。 早期芯片主要采用铝（Al）作为互连材料，本书将简要介绍铝的溅射沉积和刻蚀工艺。然而，随着芯片性能的提升和集成度的提高，电阻率更低的铜（Cu）逐渐成为主流。本篇将重点介绍铜互连的制造工艺，包括铜的电化学沉积（ECD）和化学机械抛光（CMP）技术，以及如何通过阻挡层（如TaN）来防止铜的扩散。 多层金属互连的构建是现代芯片设计的核心。本书将详细介绍如何通过介电层的沉积、刻蚀通孔（Via）和接触孔（Contact Hole），然后填充金属，形成层与层之间的连接。低介电常数（Low-k）材料在多层金属互连中的作用，以降低RC延迟，提高芯片速度，也将得到深入讨论。 第七篇：集成与测试 所有的制造工序完成后，晶圆上已经集成了成千上万个甚至数百万个芯片。本篇将介绍集成电路制造的最后阶段——测试。 晶圆测试（Wafer Sort）是在晶圆状态下对每一个芯片进行电学性能的初步检测。本书将介绍晶圆测试的设备，如探针台（Probe Card），以及常用的测试方法，如直流测试、交流测试和功能测试。测试的目的是识别出不合格的芯片，并进行标记，以便后续的切割和封装过程。 第八篇：封装技术——保护与连接的桥梁 芯片制造的最后一步是封装，它将裸露的芯片与外部世界连接起来，并提供物理保护。本篇将全面介绍各种主流的封装技术。 我们将从传统的引线框架封装（Leadframe Package）开始，介绍引线键合（Wire Bonding）工艺，这是将芯片上的焊盘与封装引脚连接起来的关键技术。 随着对芯片性能、散热和体积要求的不断提高，倒装芯片（Flip-chip）技术逐渐成为主流。本书将详细介绍倒装芯片的原理，包括焊球（Solder Bump）的制备、芯片的翻转和回流焊接。 先进封装技术，如晶圆级封装（WLP）、扇出型晶圆级封装（FOPLP）和三维集成（3D IC）技术，也将在本篇中得到深入介绍。这些技术通过在晶圆级别进行封装，或者将多个芯片堆叠起来，极大地提高了集成度和性能，同时减小了封装尺寸。 第九篇：半导体制造中的质量控制与良率提升 贯穿于整个IC制造过程的，是对质量的严苛追求和对良率的不断提升。本篇将探讨影响芯片良率的关键因素，并介绍相应的质量控制和提升策略。 我们将分析在晶圆制造、光刻、刻蚀、沉积等各个环节可能出现的缺陷类型，如颗粒、划痕、尺寸偏差、化学残留等，以及这些缺陷对最终芯片性能的影响。 本书将介绍各种质量检测手段，包括光学检测、电子束检测（E-beam inspection）和原子力显微镜（AFM）等，以及它们在不同制造阶段的应用。 良率提升（Yield Enhancement）是半导体制造的核心竞争力。我们将探讨如何通过工艺优化、设备维护、洁净室管理、材料控制以及失效分析等手段，来系统性地提高芯片的生产良率。 第十篇：半导体制造设备与产业发展 集成电路制造是一个高度依赖先进设备和技术的产业。本篇将聚焦于支撑IC制造的各种关键设备，并探讨整个半导体制造产业的发展趋势。 我们将回顾和介绍在本书各篇中提到的主要设备类型，如光刻机、刻蚀机、沉积设备、离子注入机、检测设备等，并讨论这些设备的技术壁垒和市场格局。 最后，本篇将展望半导体制造技术的未来发展方向，包括更小的工艺节点、新的材料应用、异构集成、人工智能在制造中的应用以及可持续制造等议题。 总结： 《集成电路制造工艺与设备：半导体产业的核心驱动力》为读者提供了一个全面而深入的视角，去理解一块小小的硅片如何历经无数精密的制造步骤，最终成为驱动我们数字世界的强大心脏。本书强调的是“如何制造”，而非“如何设计”，旨在帮助读者理解半导体产业背后的技术深度和工程挑战，认识到每一颗芯片的诞生，都凝聚着人类智慧和汗水的结晶。无论你是对半导体行业充满好奇的学生，还是希望深入了解制造流程的工程师，本书都将为你提供宝贵的知识和深刻的洞察。

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