目录
第一部分芯 片 简 介
第1章芯片发展简史
1.1芯片的概念与分类
1.2芯片的诞生
1.2.1芯片与晶体管的发明
1.2.2器件与技术的改进
1.3集成电路的发展规律与核心指标
1.3.1摩尔定律与集成度水平
1.3.2集成电路的关键技术指标
1.4现代芯片发展之难
1.5本章小结
参考文献
第2章芯片产业演进
2.1芯片的生产与分工
2.2硅谷的诞生
2.2.1硅谷之内的竞争
2.2.2硅谷之外的角逐
2.3集成电路产业链与运作模式
2.3.1集成电路产业链
2.3.2集成电路运作模式
2.4国产芯片发展之难
2.5本章小结
参考文献
第3章芯片生产流程
3.1芯片制程
3.1.1制程简介
3.1.2产量控制
3.2芯片工厂
3.2.1洁净室
3.2.2生产区
3.3本章小结
参考文献
第4章芯片发展展望
4.1摩尔定律会终结么
4.2新材料
4.2.1晶体管新材料
4.2.2化合物半导体材料
4.2.3其他材料
4.3新器件
4.3.1CMOS器件
4.3.2新型器件
4.4新集成体系
4.5新计算架构
4.6本章小结
参考文献
第二部分芯片中的新材料
第5章半导体材料
5.1第一代半导体材料
5.1.1硅基半导体材料
5.1.2锗基半导体材料
5.1.3SiGe半导体材料
5.1.4本节小结
5.2第二代半导体材料
5.2.1GaAs基半导体材料
5.2.2InP基半导体材料
5.2.3本节小结
5.3第三代半导体材料
5.3.1SiC基半导体材料
5.3.2GaN基半导体材料
5.3.3本节小结
5.4其他半导体材料
5.4.1超宽禁带半导体材料
5.4.2非晶半导体材料
5.4.3有机半导体材料
5.4.4二维半导体材料
5.4.5本节小结
5.5本章小结
参考文献
第6章芯片互连材料
6.1互连材料的基本特征
6.1.1互连材料的定义
6.1.2互连结构
6.1.3互连材料的种类
6.1.4互连材料的基本特征
6.2铝互连材料
6.2.1铝互连材料概述
6.2.2铝互连的优势与缺陷
6.3铝铜合金互连材料
6.3.1铝铜合金材料概述
6.3.2铝铜合金的优势与缺陷
6.4铜互连材料
6.4.1铜互连材料概述
6.4.2铜互连大马士革镶嵌工艺
6.4.3铜互连的优势与缺陷
6.5钴互连材料
6.5.1钴互连材料概述
6.5.2钴互连的优势与缺陷
6.6其他新型互连材料
6.6.1钌、钼、金属间化合物
6.6.2石墨烯互连
6.6.3光互连与光芯片
6.7本章小结
参考文献
第7章介电材料
7.1引言
7.1.1介电材料基础知识
7.1.2介电材料分类与应用
7.2栅极介电材料
7.2.1栅极介电材料的性能要求
7.2.2常用栅极介电材料
7.2.3其他高κ介电材料
7.2.4铁电材料
7.3电容器电介质材料
7.3.1电容器电介质的性能要求
7.3.2用于易失性存储器电容器的介电材料
7.3.3用于非易失性存储器电容器的介电材料
7.4隔离电介质材料
7.5互连介电材料
7.5.1互连材料性能需求及评估因素
7.5.2低κ互连介电材料
7.6本章小结
参考文献
第8章封装材料
8.1聚合物材料
8.1.1模塑料
8.1.2芯片黏合剂
8.1.3底部填充胶材料
8.1.4有机层压衬底材料
8.2金属材料
8.2.1引线框架、散热片与均热片
8.2.2键合引线
8.2.3芯片焊接材料
8.2.4晶圆凸点材料及工艺
8.3陶瓷与玻璃材料
8.3.1陶瓷材料
8.3.2玻璃材料
8.43D封装中的材料
8.4.1金属材料
8.4.2黏合剂材料
8.4.3单片三维集成的二维材料
8.5本章小结
参考文献
第9章工艺及其他芯片材料
9.1硅晶圆加工材料
9.1.1外延工艺材料
9.1.2热处理工艺材料
9.1.3掺杂工艺材料
9.2光刻材料
9.2.1光刻胶材料
9.2.2掩模版材料
9.3湿电子化学品
9.3.1通用湿电子化学品
9.3.2功能性湿电子化学品
9.4电子级气体
9.4.1纯气体
9.4.2电子特气
9.5研磨材料
9.5.1研磨液
9.5.2研磨垫
9.6溅射靶材
9.6.1纯金属及合金靶材
9.6.2陶瓷靶材
9.7本章小结
参考文献
第三部分芯片器件设计原理
第10章半导体器件基本原理
10.1固体理论基础
10.1.1周期性势场与布里渊区
10.1.2能带理论
10.1.3电子在晶体中的运动
10.1.4态密度与分布函数
10.2热平衡下的载流子浓度
10.2.1载流子浓度方程
10.2.2本征半导体与非本征半导体
10.2.3补偿半导体与电中性原理
10.3载流子的输运现象
10.3.1载流子的漂移运动
10.3.2载流子的扩散运动
10.3.3载流子的产生与复合
10.4本章小结
参考文献
第11章基础器件特性
11.1pn结
11.1.1pn结的基本结构
11.1.2零偏与反偏下的pn结
11.1.3正偏下的电压-电流特性
11.1.4结击穿
11.2金属-半导体接触
11.2.1肖特基势垒与肖特基二极管
11.2.2欧姆接触
11.3MOSFET
11.3.1双端MOS电容结构
11.3.2电容-电压特性
11.3.3MOSFET基本工作原理
11.3.4CMOS技术
11.3.5非理想效应
11.4本章小结
参考文献
第12章先进芯片器件
12.1摩尔定律与节点演进
12.1.1摩尔定律
12.1.2几何演进阶段
12.1.3等效演进阶段
12.1.4三维功耗演进阶段
12.2先进器件工艺
12.2.1应变硅技术
12.2.2HKMG技术
12.2.3SOI技术
12.2.4FinFET技术
12.2.5GAA结构
12.2.6Forksheet结构
12.2.7CFET
12.3本章小结
参考文献
第13章未来器件展望
13.1CMOS延伸器件
13.1.1CNT-FET
13.1.2二维材料沟道FET
13.1.3TFET
13.2以电荷为信息载体的超越CMOS器件
13.2.1自旋晶体管
13.2.2NCFET
13.2.3纳机电开关
13.2.4Mott场效应晶体管
13.2.5拓扑绝缘体电子器件
13.3其他信息载体的超越CMOS器件
13.3.1自旋波器件
13.3.2激子器件
13.3.3晶体管激光器
13.3.4自旋转矩多输入逻辑门
13.4本章小结
参考文献
第四部分芯片关键工艺与技术
第14章光刻技术与光刻原理
14.1光刻原理
14.1.1衍射原理
14.1.2对准原理
14.1.3曝光原理
14.2光刻工艺
14.2.1晶圆清洗
14.2.2预烘与涂胶
14.2.3前烘
14.2.4对准与曝光
14.2.5后烘
14.2.6显影与坚膜烘焙
14.2.7测试
14.3光刻分辨率
14.3.1分辨率影响因素
14.3.2分辨率提升技术
14.4光刻设备
14.4.1主要组成
14.4.2光刻胶发展
14.4.3光刻机发展
14.5极紫外光刻技术
14.5.1极紫外光源
14.5.2极紫外光刻技术掩模版
14.5.3极紫外光刻技术分辨率
14.5.4挑战与展望
14.6下一代光刻技术
14.6.1电子束曝光光刻技术
14.6.2纳米压印光刻技术
14.7本章小结
参考文献
第15章化学气相沉积
15.1化学气相沉积原理
15.1.1基本原理
15.1.2过程控制
15.1.3薄膜表征
15.2化学气相沉积技术
15.2.1常压化学气相沉积
15.2.2低压化学气相沉积
15.2.3等离子体辅助化学气相沉积
15.2.4高密度等离子体化学气相沉积
15.2.5原子层沉积
15.3新一代化学气相沉积技术
15.3.1等离子体增强原子层沉积
15.3.2微波增强化学气相沉积
15.4化学气相沉积设备
15.4.1基本组成
15.4.2气相输送系统
15.4.3反应室
15.4.4能源系统
15.4.5真空系统
15.4.6废气处理系统
15.5本章小结
参考文献
第16章物理气相沉积
16.1物理气相沉积原理
16.1.1基本原理
16.1.2过程控制
16.1.3薄膜表征
16.2物理气相沉积技术
16.2.1蒸发镀膜
16.2.2溅射镀膜
16.2.3电子束镀膜
16.2.4离子束镀膜
16.2.5等离子体喷涂
16.3新一代物理气相沉积技术
16.3.1PVALD
16.3.2新一代物理气相沉积技术的展望与挑战
16.4物理气相沉积设备
16.4.1沉积腔室
16.4.2真空系统
16.5本章小结
参考文献
第17章刻蚀技术
17.1湿法刻蚀
17.1.1湿法刻蚀原理
17.1.2湿法刻蚀过程
17.1.3湿法刻蚀应用
17.2干法刻蚀
17.2.1干法刻蚀原理
17.2.2干法刻蚀过程
17.2.3干法刻蚀应用
17.3湿法刻蚀与干法刻蚀对比
参考文献
第18章离子注入
18.1基本原理
18.1.1扩散模型
18.1.2碰撞模型
18.1.3沟道注入效应
18.1.4注入损伤与退火
18.2离子注入的应用
18.3离子注入过程
18.3.1三维材料离子注入过程
18.3.2二维材料离子注入过程
18.3.3离子注入过程误差
18.4离子注入机
18.4.1离子源
18.4.2质量分析器
18.4.3加速管
18.4.4电荷中性化装置
18.4.5终端台
18.5离子注入危险源
18.5.1化学危险源
18.5.2电机危险源
18.5.3辐射危险源
18.5.4机械危险源
18.6掺杂检测技术
18.6.1直接针对杂质的检测
18.6.2针对电阻的检测
18.6.3针对损伤的检测
18.7本章小结
参考文献
第19章化学机械抛光技术
19.1CMP简介
19.1.1CMP技术的发展历程
19.1.2CMP在芯片制造中的应用
19.1.3CMP的必要性
19.1.4平坦化定义及效果
19.2CMP系统
19.2.1CMP系统简介
19.2.2晶圆载体
19.2.3抛光垫
19.2.4研磨浆
19.3CMP基本理论
19.3.1CMP参数
19.3.2CMP缺陷
19.4CMP过程
19.4.1氧化物CMP过程
19.4.2钨CMP过程
19.4.3铜CMP过程
19.5其他平坦化技术
19.6本章小结
参考文献
第20章热处理技术
20.1热处理设备
20.1.1控制系统
20.1.2气体输送系统
20.1.3排气系统
20.1.4处理管
20.2氧化过程
20.2.1预氧化清洗
20.2.2干式氧化
20.2.3湿式氧化
20.2.4高压氧化
20.2.5氧化膜的质量与检测
20.3退火过程
20.4快速热处理
20.4.1RTP系统
20.4.2快速热退火技术演变
20.4.3快速热氧化
20.5本章小结
参考文献
第21章电镀工艺
21.1电镀工艺的发展进程
21.2电镀工艺的原理
21.3影响电镀的因素
21.3.1溶质、溶剂和沉积电解质
21.3.2电解液的pH
21.3.3沉积温度
21.3.4沉积电流密度
21.3.5沉积时间和厚度
21.4电镀工艺的优缺点
21.4.1电镀的优点
21.4.2电镀的缺点
21.5全电沉积光伏器件
21.6电镀工艺在半导体领域的应用
21.6.1大马士革电镀铜
21.6.2硅通孔电镀铜
21.6.3电镀铜柱
21.7本章小结
参考文献
第22章清洗
22.1清洗技术介绍
22.2湿式化学清洗过程
22.2.1湿式化学清洗概述
22.2.2湿式化学清洗前端处理
22.2.3湿式化学清洗后端处理
22.2.4湿式化学清洗的缺点
22.3干式清洗和表面处理过程
22.3.1气相清洗
22.3.2等离子体清洗
22.3.3低温气溶胶清洗
22.4清洗的未来发展
参考文献
第五部分芯片工艺集成
第23章芯片工艺集成基本原理
23.1芯片集成工艺简介
23.1.1集成电路发展历程
23.1.2芯片集成的关键流程
23.2晶圆准备
23.2.1晶圆取向
23.2.2掺杂工艺
23.2.3外延生长
23.3隔离工艺
23.3.1包层场氧化物
23.3.2局部硅氧化
23.3.3浅槽隔离
23.4阱区形成
23.4.1单阱区
23.4.2自对准双阱区
23.4.3多阱区
23.5晶体管形成
23.5.1早期金属栅极工艺
23.5.2自对准源/漏工艺
23.5.3微掺杂漏极
23.5.4阈值调节
23.5.5抗穿通注入
23.6HKMG MOSFET
23.6.1栅极先加工
23.6.2栅极后加工
23.7互连
23.7.1局部互连
23.7.2早期互连
23.7.3铝互连与铜互连
23.7.4低κ电介质
23.7.5互连整体工艺
23.8钝化处理
23.9本章小结
参考文献
第24章逻辑芯片工艺集成
24.1逻辑芯片导引
24.1.1逻辑芯片简介
24.1.2逻辑芯片分类
24.1.3逻辑芯片工作原理
24.2CPU的组成
24.2.1算术与逻辑单元
24.2.2存储体系与控制器
24.2.3不同存储的比较
24.3CPU的制作工艺
24.3.1基本单元：互补金属-氧化物-半导体
24.3.2晶圆准备：绝缘底上硅
24.3.3双阱工艺与虚拟栅、侧壁垫片
24.3.4源/漏工艺
24.3.5HKMG后栅工艺
24.3.6后段工序
24.4本章小结
参考文献
第25章存储芯片工艺集成
25.1存储芯片导引
25.1.1闪存器件基本结构
25.1.2NOR与NAND存储器
25.1.3阵列区域布局
25.1.4NAND闪存的可靠性分析
25.1.5其他存储芯片
25.2从平面到立体：3D NAND技术
25.2.13D NAND与平面NAND的比较
25.2.23D NAND的优势
25.2.33D NAND单元设计与制作
25.2.43D NAND的挑战
25.33D NAND加工过程
25.3.1移动外围模块
25.3.2多层堆积与台阶结构
25.3.3通道模块
25.3.4隔离模块
25.3.5互连模块
25.4本章小结
参考文献
第26章模拟芯片工艺集成
26.1模拟芯片概述
26.1.1模拟芯片分类与应用
26.1.2模拟芯片与数字芯片的比较
26.1.3模拟集成电路加工工艺简述
26.2GaAs 异质结双极型晶体管
26.2.1双极结型晶体管
26.2.2异质结双极型晶体管
26.2.3GaAs HBT简述
26.2.4器件结构
26.2.5GaAs HBT工艺流程
26.3BiCMOS工艺
26.3.1BiCMOS的结构
26.3.2SiGe HBT
26.3.3SiGe BiCMOS
26.4BCD工艺
26.4.1DMOS的基本原理
26.4.2DMOS的器件结构
26.4.3BCD工艺
26.5宽禁带半导体器件
26.5.1GaN和SiC的基本工艺
26.5.2GaN HEMT
26.5.3SiC 器件
26.6本章小结
参考文献
第六部分芯片先进封装与测试技术
第27章芯片封装技术
27.1封装工艺要点
27.1.1衬底
27.1.2输入/输出
27.1.3硅中介层
27.2封装工艺步骤
27.2.1传统封装
27.2.2晶圆级封装
27.3芯片封装技术的评估指标
27.3.1尺寸与密度
27.3.2强度与可靠性
27.3.3寄生参数
27.3.4散热性
27.4封装容错方式
27.4.1硬件冗余
27.4.2时间冗余
27.4.3信息冗余
27.5常见芯片封装类型
27.5.1双列直插式封装
27.5.2小外形封装
27.5.3方型扁平式封装
27.5.4针栅阵列封装
27.5.5球栅阵列封装
27.5.6多芯片模块封装
27.6先进封装技术
27.6.1倒装芯片
27.6.22.5D封装
27.6.33D封装
27.7封装测试
27.7.1封装前测试
27.7.2预烧测试
参考文献
第28章芯片测试技术
28.1测试环节
28.1.1晶圆接受测试
28.1.2晶圆测试
28.1.3成品测试
28.2常见失效类型和原理
28.2.1常见失效类型
28.2.2常见失效原理
28.3测试原理
28.3.1静态测试/动态测试
28.3.2IDDQ测试
28.3.3连通性测试
28.3.4IDD/ICC测试
28.3.5漏电测试
28.3.6混合信号测试
28.4可测试性设计
28.4.1常见的可测试性设计方法
28.4.2测试成本优化
28.5测试设备
参考文献
