硅片加工技术

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出版者:化学工业出版社
作者:张厥宗
出品人:
页数:267
译者:
出版时间:2009-10
价格:58.00元
装帧:平装
isbn号码:9787122056900
丛书系列:
图书标签:
  • 太阳能用硅片
  • 半导体
  • 硅片
  • 集成电路
  • 微电子
  • 材料科学
  • 制造工艺
  • 电子工程
  • 工艺技术
  • 芯片制造
  • 薄膜技术
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具体描述

《硅片加工技术》在介绍半导体硅的物理、化学和半导体性质的基础上,全面、系统地介绍了满足集成电路芯片工艺特征尺寸线宽0.13~0.10um工艺用优质大直径硅单晶、抛光片以及用于制备硅太阳能电池的硅晶片的制备技术、工艺、设备和相关国内外标准。

《硅片加工技术》可供致力于从事半导体材料硅晶片加工技术工作领域的科技人员、工程技术人员、工人阅读参考,也可供企业管理人员或在校学生和热爱半导体材料硅的各界人士参考。

《光刻胶与图形化工艺:微纳制造的基石》 内容简介 本书深入探讨了现代微纳制造领域中,作为核心工艺环节的光刻技术及其关键材料——光刻胶的原理、应用与发展。全书旨在为从事半导体、微电子、MEMS(微机电系统)以及光电子器件研发与生产的工程师、研究人员和高校师生提供一本全面、深入且具有实践指导意义的参考书。 本书的叙述结构遵循了光刻工艺的技术逻辑,从基础理论出发,逐步深入到材料科学、化学反应机理,最终落脚于复杂制造过程的控制与优化。我们力求超越对单一设备操作的介绍,着重剖析隐藏在完美图形背后的化学、物理和工程学挑战。 --- 第一部分:光刻技术的基础与原理 本部分构建了理解整个光刻过程的理论框架。首先,我们从光学成像理论入手,详细阐述了衍射、干涉在图形转移中的作用。重点分析了分辨率、景深(Depth of Focus, DOF)与掩模对比度之间的基本关系,这是决定最小特征尺寸的关键物理限制。我们详尽讨论了投影系统的设计原则,包括数值孔径(Numerical Aperture, NA)的影响、像差的控制,以及在深紫外(DUV)和极紫外(EUV)波段下,光学元件面临的挑战与材料选择。 随后,本书将核心置于光刻胶(Photoresist)这一关键材料上。我们剖开了光刻胶的化学本质,将其解构为聚合物基体、光敏剂(PACs/PAGs)和溶剂三大组分。针对正性胶和负性胶的反应机理进行了细致的对比,尤其是对化学放大抗蚀剂(Chemically Amplified Resists, CARs)中的酸催化反应网络进行了深入的机理分析,包括光产酸剂(PAG)的效率、扩散动力学以及欠曝光和过曝光状态下的敏感度差异。 关键章节聚焦于: 曝光剂量与显影速率的关系(Mack曲线): 理论模型的建立与实际数据拟合。 对比度与CD(Critical Dimension)均匀性的量化分析。 掩模版(Mask/Reticle)的制作、缺陷检测与修复技术: 探讨了光学邻近效应(Optical Proximity Correction, OPC)的必要性及其算法基础。 --- 第二部分:光刻胶材料科学的深度解析 本部分是本书的特色之一,专注于光刻胶的微观结构与宏观性能之间的关联。我们详细介绍了用于不同波长光刻工艺的专用光刻胶体系。 1. DUV光刻胶(193 nm): 重点解析了聚合物骨架的引入,特别是丙烯酸酯类树脂在耐蚀刻性、玻璃化转变温度(Tg)和溶解度参数方面的优化。我们讨论了浸没式光刻(Immersion Lithography)中,水作为高折射率介质对成像性能的提升,以及水与光刻胶界面稳定性的工程挑战。 2. EUV光刻胶(13.5 nm): 由于EUV光无法穿透空气,本书详细阐述了EUV光刻胶的无机或金属氧化物体系的设计思路。分析了如何实现高反射率基板上的高对比度成像,以及对化学放大机制的革新,以应对EUV光子能量高、导致自由基产生效率低的问题。此外,对光刻胶层与底层金属/介质的刻蚀选择比进行了量化评估,这是实现高深宽比结构的关键。 3. 涂布与前烘工艺: 阐述了旋涂(Spin Coating)过程中膜厚的控制机理,包括粘度、转速与剪切应力对薄膜均匀性的影响。对涂布后的前烘(Pre-bake)过程,不仅是去除溶剂,更是引发光敏剂和聚合物网络化的重要步骤,分析了不同烘烤温度和时间对后续曝光和显影性能的耦合影响。 --- 第三部分:图形化与后处理:从软胶到硬结构的转化 图形的最终形成依赖于后续的显影、硬化和刻蚀过程。本部分聚焦于如何精确地将潜影(Latent Image)转化为永久性结构。 1. 显影(Development)工艺: 详细介绍了等向性与非等向性显影的机理。我们深入探讨了溶解速率模型(Development Rate Model),解释了显影液(通常是碱性水溶液)如何根据局部曝光剂量差异,选择性地溶解曝光或未曝光区域的聚合物。对微观晶界(Microloading Effect)和侧壁粗糙度(Sidewall Roughness)的产生原因及控制策略进行了详尽的工程分析。 2. 亚临界干燥与残胶去除: 针对高深宽比结构的制造,我们讨论了表面张力效应在干燥过程中对结构的破坏,并介绍了临界点干燥等先进技术。同时,对难以完全去除的光刻胶残余物(Residue),分析了基于等离子体(如氧等离子体)或湿法化学剥离(Stripping)的机理和优缺点,强调了对底层材料的损伤最小化。 3. 关键挑战:图案失真与线宽粗化(LER/CDU): 本部分专门辟章节分析了工艺波动导致的关键尺寸变化(CDU)和线边粗糙度(LER)问题。我们从光刻胶的扩散长度、反应均匀性、以及掩模版上的随机缺陷等多个维度,构建了LER的统计学模型,并提出了通过优化涂胶、曝光和显影参数来抑制这些随机噪声的工程手段。 --- 第四部分:先进光刻技术与未来趋势 最后一部分展望了应对摩尔定律挑战的前沿技术。 双重曝光与多重曝光技术(LELE, SADP, SAQP): 详细阐述了如何通过两次或多次光刻结合材料沉积和去除工艺,突破单次光刻的分辨率极限,实现亚10纳米尺度的制造。重点分析了自对准双图形(SADP)中,间隔层材料的选择、剥离工艺的兼容性以及对几何形变的补偿。 下一代光刻技术: 对纳米压印光刻(NIL)的模板制作、UV固化树脂的选择以及脱模过程中的缺陷控制进行了探讨。同时,也简要概述了电子束光刻(E-beam Lithography)在掩模制作中的作用以及其固有的缺陷局限性。 本书旨在提供一个扎实且面向应用的知识体系,帮助读者理解光刻工艺链中每一个环节的内在联系和工程约束,从而能够设计出更鲁棒、更精确的微纳图形制造方案。它不是一本设备操作手册,而是一部聚焦于光刻胶化学、光学成像和图形转移机理的深度技术专著。

作者简介

目录信息

第一篇 基础知识
第1章 概述
第2章 硅的物理、化学及其半导体性质
2.1 硅的基本物理、化学性质
2.2 半导体硅的物理、化学性质
2.2.1 半导体硅的晶体结构
2.2.2 半导体硅的电学性质
2.2.3 半导体硅的光学性质
2.2.4 半导体硅的热学性质
2.2.5 半导体硅的力学性能
2.2.6 半导体硅的化学性质
2.2.7 半导体材料的p-n结特性
第二篇 集成电路用硅晶片的制备
第3章 硅晶片的制备
3.1 对集成电路(IC)用硅单晶、抛光片的技术要求
3.2 半导体材料的纯度
3.3 控制硅片质量的主要特征参数及有关专用技术术语解释
3.3.1 表征硅片加工前的内在质量的特性参数
3.3.2 表征硅片加工后的几何尺寸精度的特性参数
3.3.3 硅片质量控制中几个有关专用技术术语
3.4 硅晶片加工的工艺流程
3.5 硅单晶棒(锭)的制备
3.5.1 直拉单晶硅的生长
3.5.2 区熔硅单晶的生长
3.6 硅晶棒(锭)的截断
3.7 硅单晶棒外圆的滚磨(圆)磨削
3.8 硅单晶片定位面加工
3.9 硅单晶棒表面的腐蚀
3.10 硅切片
3.11 硅片倒角
3.12 硅片的双面研磨或硅片的表面磨削
3.13 硅片的化学腐蚀
3.14 硅片的表面处理
3.14.1 硅片表面的热处理
3.14.2 硅片背表面的增强吸除处理
3.15 硅片的边缘抛光
3.16 硅片的表面抛光
3.16.1 硅片的表面抛光加工工艺
3.16.2 硅片的碱性胶体二氧化硅化学机械抛光原理
3.16.3 硅片的多段加压单面抛光工艺
3.16.4 抛光液
3.16.5 抛光布
3.16.6 硅片表面的粗抛光
3.16.7 硅片表面的细抛光
3.16.8 硅片表面的最终抛光
3.17 硅片的激光刻码
3.18 硅片的化学清洗
3.18.1 硅片的化学清洗工艺原理
3.18.2 美国RCA清洗技术
3.18.3 新的清洗技术
3.18.4 使用不同清洗系统对抛光片进行清洗
3.18.5 抛光片清洗系统中硅片的脱水、干燥技术
3.19 硅抛光片的洁净包装
3.20 硅片包装盒及硅片的运、载花篮、容器清洗系统
3.20.1 硅片包装盒及硅片的运、载花篮、容器清洗系统
3.20.2 硅片运、载系统其他相关的工装用具
第4章 其他的硅晶片
4.1 硅外延片
4.1.1 外延的种类
4.1.2 外延的制备方法
4.1.3 化学汽相外延原理
4.1.4 硅外延系统
4.2 硅锗材料
4.3 硅退火片
4.4 绝缘层上的硅
第5章 硅单晶、抛光片的测试
5.1 硅片主要机械加工参数的测量
5.2 硅单晶棒或晶片的晶向测量
5.3 导电类型(导电型号)的测量
5.4 电阻率及载流子浓度的测量
5.5 少子寿命测量
5.6 氧、碳浓度测量
5.7 硅的晶体缺陷测量
5.8 电子显微镜和其他超微量的分析技术
第三篇 太阳能电池产业用硅晶片的制备
第6章 太阳能电池用硅晶片基础知识
6.1 太阳能光电转换原理——光生伏特效应
6.2 太阳能电池晶片的主要技术参数
6.3 太阳能光伏产业用硅系晶体材料
6.3.1 直拉单晶硅棒(锭)
6.3.2 铸造多晶硅(锭)
6.4 晶体硅太阳能电池晶片的结构
第7章 太阳能电池用硅晶片的制备技术
7.1 太阳能电池产业用硅晶片的技术要求
7.2 太阳能电池用硅晶片的加工工艺流程
7.3 太阳电池用的硅晶片的加工过程
7.4 太阳电池用的硅晶片的加工技术
7.5 太阳电池组件装置的生产工艺过程
7.6 太阳能电池的应用
第四篇 半导体硅晶片加工厂的厂务系统要求
第8章 洁净室技术
8.1 洁净室空气洁净度等级及标准
8.2 洁净室在半导体工业中适用范围
8.3 洁净室的设计
8.4 洁净室的维护及管理
第9章 半导体工厂的动力供给系统
9.1 电力供给系统
9.2 超纯水系统
9.2.1 半导体及IC工业对超纯水的技术要求
9.2.2 超纯水的制备
9.3 高纯化学试剂及高纯气体
9.3.1 半导体工业用的高纯化学试剂
9.3.2 高纯气体
9.4 三废(废水、废气、废物)处理系统及相关安全防务系统参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我最近一直在研究微电子领域的最新动态,希望能找到一些能启发我创新思路的资料。《硅片加工技术》这本书,恰好满足了我的需求。它不仅仅是一本介绍传统工艺的书,更是在其中融入了许多前沿技术的研究成果。我尤其对书中关于三维集成和先进封装技术的探讨很感兴趣。 书里用大量的篇幅介绍了如何将多个硅片堆叠起来,形成更强大的计算能力,以及如何通过更精密的封装技术,来提高芯片的性能和可靠性。这让我看到了未来电子产品的发展方向。虽然有些内容涉及到了非常高深的物理和材料科学知识,但作者用清晰的逻辑和严谨的论证,将这些复杂的概念层层剖析,让即使是门外汉,也能窥见其中的门道。它为我打开了一扇新的视野,让我看到了半导体技术的无限可能性,也激发了我对未来科技发展的强烈好奇心。

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我本来是半路出家,对集成电路的了解仅限于知道它们是各种电子设备的“大脑”。但是,当我偶然翻开《硅片加工技术》这本书,却被它深深地吸引住了。它的内容非常系统,从最基础的硅提纯,到复杂的器件制造,几乎涵盖了硅片加工的方方面面。我尤其喜欢它在介绍不同工艺时,会给出相应的工艺参数和数据,这让我觉得非常踏实,不像有些书那样只是泛泛而谈。 书里对硅晶圆的制备过程讲解得非常细致,包括单晶生长、切片、抛光等。它详细解释了为什么硅晶圆的纯度要求如此之高,以及在制备过程中需要克服哪些技术难题。我一直以为只是简单的“切割”,但读了这本书才知道,就连这个看似简单的过程,都有着极其严格的要求和精密的控制。书里还涉及到了许多行业内的术语,虽然有些我一开始不熟悉,但结合上下文和附带的图例,很快就能理解。这让我对半导体产业的复杂性和技术壁垒有了全新的认识。

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我拿到这本书时,正巧赶上我职业生涯的一个瓶颈期。我一直从事的是产品设计工作,虽然也接触过一些硬件知识,但总觉得对核心的制造环节了解不够深入。我希望通过阅读《硅片加工技术》,能够更全面地理解产品从概念到成型的整个生命周期。这本书并没有让我失望。它不仅仅是讲述了硅片本身的加工,更是深入剖析了整个产业链上的关键技术。比如,它详细介绍了薄膜沉积、刻蚀、化学机械抛光(CMP)等一系列至关重要的步骤。 我尤其对CMP技术印象深刻。在微观世界里,让表面变得绝对平整,比在宏观世界里要困难得多。书里通过大量的图表和实验数据,阐释了CMP的原理,以及如何通过控制研磨液的成分、研磨盘的转速等参数,来达到纳米级别的平整度要求。这让我意识到,看似简单的“打磨”,背后蕴含着如此深奥的物理和化学知识。读完这一部分,我感觉自己对产品制造过程中那些“看不见”的细节有了更深的理解,也更能体会到工程师在每一个环节中所面临的挑战。

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作为一个对精密仪器和微观世界充满好奇的人,我一直对“制造”这个词有着特殊的感情。当我看到《硅片加工技术》这本书时,就立刻被它所吸引。我希望了解,究竟是什么样的工艺,能够将一块看似普通的硅片,变成我们日常生活中所依赖的各种电子产品的核心。 书里关于晶圆制造的每一个环节,都描绘得细致入微。从最初的单晶硅的生长,到最后的切割和抛光,每一个步骤都蕴含着大量的科学原理和工程技术。我被书中对于材料科学的严谨分析所折服,特别是关于硅的晶格结构、杂质掺杂对导电性能的影响等方面的讲解,让我对硅这种材料有了全新的认识。 我印象特别深刻的是书中对“清洁室”的描述。为了保证硅片在加工过程中不受任何污染,需要达到极致的洁净度。这让我联想到,在微观世界里,任何一个微小的尘埃都可能毁掉一块芯片,这是一种多么精益求精的工匠精神!这本书让我看到了科技进步的背后,是无数技术人员在极其严苛的环境下,付出的巨大努力和智慧。

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《硅片加工技术》这本书,坦白说,我当初买它的时候,是抱着一种“技术宅”的好奇心,以及对精密制造领域的一丝丝憧憬。我一直觉得,我们现在使用的各种电子产品,背后都隐藏着极其复杂的工艺,而硅片,正是这一切的起点。当我拿到这本书,翻开第一页,就被那种严谨的学术氛围吸引了。它没有像一些科普读物那样,用生动形象的比喻或者华丽的辞藻来描绘,而是直接切入主题,用扎实的理论基础和详细的技术参数,一步步地展现出将一块普通的硅晶体,变成无数精密集成电路的奇妙过程。 我特别关注的是书中关于光刻技术的部分。想象一下,在纳米级别的尺度上,用光来“雕刻”出比头发丝还细万倍的电路图案,这本身就是一件令人匪夷所思的事情。书里详细介绍了不同波长的光刻机,以及掩膜版制作的工艺,甚至还提到了EUV(极紫外光)光刻技术的前沿进展。虽然有些专业术语我需要反复查阅资料才能理解,但那种对技术细节的极致追求,以及科学家们如何克服重重困难,将理论转化为现实的智慧,真的让我肃然起敬。它让我意识到,在电子产品的背后,有着无数工程师和科学家的辛勤付出和不懈探索。

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