[正版] 半导体集成电路制造手册(第二版)半导体集成电路设计制造工艺技术书籍 集成电路芯片MEMS传感器电子器件设计制

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本书是一本综合性很强的半导体集成电路制造方面的参考手册，由70多位国际专家撰写，并在其前一版的基础上进行了全面的修订与更新。本书内容涵盖集成电路芯片、MEMS、传感器和其他电子器件的设计与制造过程，相关技术的基础知识和实际应用，以及对生产过程的计划、实施和控制等运营管理方面的考虑。第二版新增了物联网、工业物联网、数据分析和智能制造等方面的内容，讨论了半导体制造基础、前道和后道工序、柔性复合电子技术、气体和化学品及半导体工厂的操作、设备和设施的完整细节。

目 录
**部分 半导体制造基础
第1章 可持续性的半导体制造——物联网及人工智能的核心 2
1.1 引言 2
1.2 摩尔定律 2
1.2.1 FinFET扩展了摩尔定律 3
1.3 集成电路与设计 3
1.4 微芯片的制造方法 4
1.4.1 晶圆制造 5
1.4.2 前道工序处理 5
1.4.3 后道工序处理 8
1.5 先进技术 9
1.5.1 IoT、IIoT和CPS 9
1.5.2 物联网要素系统或组织结构 9
1.5.3 物联网生态系统或使用者 10
1.5.4 物联网分类系统或合作伙伴 10
1.6 数据分析与人工智能 10
1.7 半导体的可持续性 11
1.8 结论 12
1.9 参考文献 13
1.10 扩展阅读 15
第2章 纳米技术和纳米制造：从硅基到新型碳基材料及其他材料 17
2.1 引言 17
2.2 什么是纳米技术 17
2.3 为什么纳米技术如此重要 17
2.4 纳米技术简史 18
2.5 纳米尺度制造的基本方法 19
2.6 纳米计量技术 24
2.7 纳米技术制造 25
2.8 应用和市场 25
2.9 影响力和管理 26
2.10 结论 26
2.11 参考文献 27
2.12 扩展阅读 31
第3章 FinFET的基本原理和纳米尺度硅化物的新进展 32
3.1 引言 32
3.2 FinFET的基本原理 32
3.3 纳米尺度硅化物的新进展 35
3.3.1 引言 35
3.3.2 纳米尺度FinFET的硅化物接触技术 36
3.3.3 Si纳米线中硅化物的外延生长 42
3.4 结论 51
3.5 参考文献 51
第4章 微机电系统制造基础：物联网新兴技术 54
4.1 微机电系统和微系统技术的定义 54
4.2 微系统技术的重要性 54
4.3 微系统技术基础 55
4.3.1 微传感器技术 55
4.3.2 微驱动器技术 56
4.3.3 用于微系统的材料 57
4.3.4 MEMS的设计工具 58
4.4 MEMS制造原理 58
4.4.1 前段微机械制造工艺 58
4.5 展望 67
4.6 结论 68
4.7 参考文献 68
4.8 扩展阅读 70
第5章 高性能、低功耗、高可靠性三维集成电路的物理设计 71
5.1 引言 71
5.1.1 晶体管缩小的根本限制因素 71
5.1.2 导线互连的延迟和功耗的上升 72
5.1.3 什么是三维芯片 72
5.2 三维芯片的设计流程 73
5.3 三维芯片的物理设计面临的挑战 73
5.3.1 三维布局问题 73
5.3.2 三维时钟树 74
5.3.3 三维热管理 74
5.3.4 三维电源管理 74
5.3.5 三维芯片的可靠性问题 75
5.4 三维芯片的物理设计方案 76
5.4.1 三维布局算法 76
5.4.2 三维时钟树综合 76
5.4.3 三维芯片的散热方案 77
5.4.4 三维芯片的电源网络设计 77
5.4.5 三维电路的可靠性预测和优化 78
5.5 结论和展望 78
5.6 参考文献 79
第二部分 前 道 工 序
第6章 外延生长 84
6.1 引言 84
6.1.1 外延生长基础 84
6.1.2 生长技术和设备 85
6.1.3 分子束外延 85
6.1.4 化学气相沉积 87
6.1.5 化合物半导体的MOCVD工艺 88
6.1.6 外延工艺：概述 88
6.1.7 氮化镓(GaN)的MOCVD工艺 91
6.1.8 GaN外延层材料的表征和分析 93
6.1.9 外延制造 96
6.1.10 管理程序 96
6.2 安全和环境健康 97
6.3 展望 97
6.4 结论 98
6.5 参考文献 98
6.6 扩展阅读 99
第7章 热处理工艺——退火、RTP及氧化 100
7.1 引言 100
7.2 热处理 100
7.2.1 热输运 100
7.2.2 退火 103
7.2.3 扩散 103
7.2.4 致密/回流 104
7.2.5 硅化物 105
7.2.6 钝化 105
7.2.7 缺陷 105
7.3 快速热处理 106
7.3.1 RTP装置 106
7.3.2 辐射性 107
7.3.3 加工效应 107
7.4 氧化 107
7.4.1 硅蚀坑 109
7.4.2 SiO2薄膜质量 109
7.4.3 湿氧氧化方法 109
7.4.4 激子氧化 109
7.4.5 缺陷 110
7.5 制造要点 111
7.5.1 拥有成本 111
7.5.2 统计过程控制 111
7.5.3 良率 112
7.6 结论 112
7.7 致谢 112
7.8 参考文献 113
7.9 扩展阅读 114
第8章 光刻工艺 115
8.1 光刻工艺 115
8.1.1 衬底准备 115
8.1.2 光刻胶旋涂 116
8.1.3 涂胶后烘烤 116
8.1.4 对准和曝光 117
8.1.5 曝光后烘烤 118
8.1.6 显影 119
8.2 光学光刻中图像的形成 119
8.2.1 衍射 120
8.2.2 成像 121
8.2.3 部分相干性 122
8.2.4 像差与失焦 123
8.2.5 浸没式光刻 124
8.3 光刻胶化学 125
8.3.1 曝光反应动力学 125
8.3.2 化学增强胶 125
8.3.3 溶解 127
8.4 线宽控制 129
8.5 套刻控制 131
8.6 光学光刻的限制 131
8.7 扩展阅读 134
第9章 刻蚀工艺 135
9.1 引言 135
9.2 湿法刻蚀 136
9.2.1 硅的各向同性湿法刻蚀 136
9.2.2 硅的各向异性湿法刻蚀 137
9.2.3 氧化硅和氮化硅的湿法刻蚀 138
9.2.4 金属薄膜湿法刻蚀 138
9.3 干法刻蚀 138
9.3.1 基本等离子刻蚀系统 138
9.3.2 等离子体刻蚀机制 140
9.3.3 干法刻蚀系统 141
9.3.4 与干法刻蚀有关的问题 143
9.3.5 硅、氧化硅和氮化硅的干法刻蚀 144
9.3.6 III-V族半导体的刻蚀 145
9.3.7 其他材料的刻蚀 145
9.4 结论 146
9.5 致谢 146
9.6 参考文献 146
9.7 扩展阅读 147
第10章 离子注入 148
10.1 综述 148
10.1.1 离子注入定义 148
10.1.2 历史 148
10.1.3 离子注入设备基本部件 148
10.2 现代离子注入设备综述 149
10.2.1 大束流注入机 150
10.2.2 中束流注入机 150
10.2.3 高能注入机 151
10.3 离子注入应用 152
10.3.1 应用范围 152
10.3.2 工艺挑战和测量 154
10.4 展望 154
10.5 参考文献 155
第11章 物理气相沉积 158
11.1 使用动机和关键属性 158
11.2 PVD工艺的基本原理 158
11.3 真空蒸发 159
11.4 蒸发设备 161
11.4.1 余弦定律 162
11.5 蒸发沉积层及其性质 162
11.6 溅射 163
11.6.1 定义 163
11.6.2 原理 164
11.6.3 薄膜的微观结构与力学性能 164
11.7 溅射设备 165
11.7.1 直流溅射 166
11.7.2 高频/射频溅射 167
11.7.3 自偏压效应 167
11.7.4 偏压溅射 167
11.7.5 反应溅射 168
11.7.6 磁控溅射 169
11.7.7 溅射系统的布局和部件 169
11.8 溅射沉积层 171
11.8.1 台阶覆盖 171
11.8.2 脉冲激光沉积 172
11.8.3 结论和展望 173
11.9 参考文献 173
第12章 化学气相沉积 174
12.1 引言 174
12.1.1 同相成核和异相成核 174
12.1.2 各种类型的CVD 175
12.1.3 结论 178
12.2 发展历程 178
12.2.1 硅基微电子和其他领域中的CVD应用 178
12.2.2 其他材料 179
12.3 保形CVD薄膜及无空隙填充 179
12.3.1 基本问题 179
12.3.2 台阶覆盖率 180
12.3.3 表面反应概率β 181
12.4 热力学和动力学分析 181
12.4.1 热力学机制 181
12.4.2 动力学机制 182
12.5 展望未来：新兴电子材料 182
12.5.1 二维材料 182
12.5.2 氧化物和氮化物薄膜 183
12.5.3 结论 184
12.6 参考文献 184
第13章 原子层沉积 191
13.1 引言 191
13.1.1 ALD的基本原理 192
13.2 ALD的主要商业应用 192
13.3 ALD在前沿半导体制造中的应用 193
13.4 ALD的发展过程 193
13.4.1 建立温度窗口 193
13.4.2 确保足够的反应物输运到表面 193
13.4.3 确保对反应区域进行充分的吹扫或抽离 194
13.5 选择合适的ALD前驱体和反应物 194
13.6 硬件和流程的创新以提高ALD的生长速率 195
13.7 ALD过程中等离子体的应用 195
13.8 ALD过程中的硬件要求 196
13.9 原子层化学沉积的逆向过程：原子层刻蚀 196
13.10 参考文献 196
13.11 扩展阅读 197
第14章 电化学沉积 198
14.1 引言 198
14.2 ECD的基本原理 198
14.2.1 电解沉积 198
14.2.2 无电沉积 200
14.3 电化学沉积的应用 201
14.3.1 铜互连 201
14.3.2 硅通孔 202
14.3.3 透膜电镀 203
14.3.4 无电沉积 204
14.4 展望 205
14.5 结论 205
14.6 参考文献 206
第15章 化学机械抛光基础 207
15.1 引言 207
15.2 如何理解化学机械抛光基础的重要性 207
15.3 化学机械抛光的诞生 208
15.4 抛光和平坦化 209
15.5 化学机械抛光工艺流程 209
15.6 化学机械抛光工艺原理 210
15.7 化学机械抛光耗材 211
15.7.1 抛光液 211
15.7.2 抛光垫 214
15.7.3 抛光垫调节器 215
15.8 化学机械抛光与互连 216
15.9 化学机械抛光后道清洗 217
15.9.1 过滤器 218
15.9.2 工艺设备 218
15.10 结论 219
15.11 致谢 219
15.12 参考文献 219
第16章 AFM计量 222
16.1 引言 222
16.2 计量：基础和原理 223
16.2.1 测量系统的性能指标 223
16.2.2 新的测量系统指标和Fleet测量不确定度 224
16.2.3 混合计量 224
16.3 AFM技术与基础 225
16.3.1 AFM扫描仪 225
16.3.2 形貌成像扫描模式 225
16.3.3 其他扫描模式 227
16.4 用于线上计量的自动化AFM 227
16.4.1 用于CD计量的CD-AFM 229
16.4.2 原子力轮廓仪 229
16.4.3 自动缺陷审查 230
16.4.4 用于掩模制造的线上AFM 231
16.5 维护和校准 231
16.6 结论 232
16.7 参考文献 232
16.8 扩展阅读 235
第三部分 后 道 工 序
第17章 晶圆减薄和芯片切割 238
17.1 引言 238
17.2 减薄技术概要：研磨 238
17.2.1 研磨磨轮 239
17.2.2 研磨点 239
17.2.3 工艺质量 239
17.3 减薄工艺和设备 240
17.3.1 研磨部分 240
17.3.2 使用在线测量仪来控制厚度 240
17.3.3 清洗 240
17.4 减薄技术、应力释放和其他要求 241
17.4.1 晶圆减薄 241
17.4.2 应力释放 241
17.4.3 吸杂 242
17.4.4 非接触式测量 242
17.4.5 在线系统 243
17.4.6 晶圆支撑系统 243
17.4.7 TAIKO工艺 243
17.5 分割技术概论及刀片切割 243
17.5.1 切割刀片 244
17.5.2 刀片切割的工艺要点 244
17.5.3 切割质量 244
17.6 分割工艺和设备 245
17.6.1 切割机类型 245
17.6.2 全自动切割机的基本功能 245
17.6.3 双轴系统的应用 246
17.7 激光技术 247
17.7.1 激光烧蚀 247
17.7.2 低介电常数开槽 247
17.7.3 激光全切割 247
17.7.4 隐形切割 248
17.7.5 激光切割的潜在应用 248
17.8 先切割后研磨(DBG)和先隐形切割后研磨(SDBG) 249
17.8.1 先切割后研磨 249
17.8.2 先隐形切割后研磨 249
17.9 基于TSV的三维集成 250
17.9.1 三维集成的优势 250
17.9.2 工艺集成 250
17.9.3 减薄的相关主题：边缘修整、自动总厚度变化检测和高水准清洗 251
17.9.4 TSV晶圆的分割方法 252
17.9.5 晶圆减薄对元器件特性的影响 253
17.10 参考文献 254
第18章 封装 256
18.1 引言 256
18.1.1 电子封装与组装基础 256
18.1.2 电子封装预测 260
18.1.3 电子封装行业 263
18.2 封装技术 263
18.2.1 周围阵列和面阵列封装 264
18.2.2 芯片尺寸封装 265
18.2.3 晶圆级封装 265
18.2.4 埋置技术 265
18.2.5 更高集成度的封装 267
18.3 晶圆级凸点和再布线技术 269
18.3.1 工艺技术 269
18.3.2 晶圆级凸点设备 280
18.3.3 材料 287
18.4 案例分析 292
18.4.1 仅含再布线的WLP(Biotronik、Micro System Engineering、Fraunhofer IZM) 292
18.4.2 高密度多芯片模块封装像素探测器系统(ATLAS联盟) 293
18.4.3 SAW的芯片尺寸封装 294
18.4.4 图像传感器的晶圆级封装 295
18.5 光电子器件和MEMS的封装 296
18.6 参考文献 297
18.7 扩展阅读 300
第19章 键合的基本原理 301
19.1 引言 301
19.1.1 发展历史与现状 301
19.1.2 不同类型的引线键合工艺 301
19.2 引线键合设备 303
19.2.1 引线键合机的子系统 303
19.2.2 引线键合机系统的性能 305
19.3 引线键合过程 307
19.3.1 形成自由空气球的过程 307
19.3.2 **键合工艺 308
19.3.3 第二键合工艺 310
19.3.4 焊环工艺 311
19.4 结论和展望 313
19.5 参考文献 313
第20章 互连的可靠性 315
20.1 引言 315
20.1.1 基础概念 315
20.1.2 要求和标准 315
20.2 电迁移 316
20.3 应力迁移 318
20.4 介质击穿 319
20.5 结论 320
20.6 参考文献 321
20.7 扩展阅读 324
第21章 自动测试设备 325
21.1 自动测试设备简介 325
21.2 ATE历史 327
21.2.1 ATE分类 330
21.3 数字测试仪 330
21.3.1 数字测试 330
21.3.2 功能、结构和基于缺陷的测试 331
21.3.3 高速数字测试 332
21.3.4 确定性与非确定性行为 332
21.3.5 数字测试的基本设置 333
21.3.6 基于协议的测试 333
21.4 线性测试仪 333
21.4.1 线性器件测试 333
21.4.2 线性器件测试仪 333
21.4.3 线性器件测试的基本设置 334
21.5 混合信号测试仪 334
21.5.1 混合信号器件的基本模块 334
21.6 存储器测试仪 335
21.6.1 存储器测试 335
21.6.2 存储器测试的基本设置 336
21.7 闪存测试仪 336
21.7.1 闪存测试 336
21.7.2 闪存测试的基本设置(典型测试) 337
21.7.3 典型的生产测试流程 337
21.7.4 闪存测试面对的问题 337
21.7.5 闪存的发展趋势 338
21.8 RF测试仪 338
21.8.1 RF器件测试 338
21.8.2 RF的构建模块 338
21.8.3 系统级测试 339
21.9 SoC测试仪 339
21.9.1 SoC器件 339
21.9.2 SoC测试 340
21.9.3 SoC测试结构 341
21.10 老化测试仪 341
21.11 设计诊断设备 342
21.12 ATE市场规模 342
21.13 ATE的结构 343
21.13.1 数字测试仪的结构 344
21.13.2 线性器件测试仪的结构 346
21.13.3 混合信号测试仪的结构 346
21.13.4 存储器测试仪的结构 348
21.14 闪存测试仪的结构 349
21.15 RF测试仪的结构 350
21.16 SoC测试仪的结构 350
21.17 DFT测试方法 351
21.18 基于云的DFT测试仪的出现 352
21.19 ATE规格 353
21.20 ATE的数据格式 354
21.21 制造商和ATE模型 355
21.21.1 Teradyne公司 355
21.21.2 Advantest公司 356
21.21.3 Xcerra公司 356
21.21.4 UniTest公司 356
21.21.5 FEI公司 357
21.21.6 Chroma ATE公司 357
21.21.7 National Instruments公司 357
21.21.8 SPEA公司 357
21.21.9 Aehr Test Systems公司 357
21.21.10 Micro Control公司 358
21.22 未来ATE的发展方向 358
21.22.1 测试成本 358
21.22.2 替代的测试方法(Dfx/BIST/SLT) 359
21.22.3 功率和热管理 360
21.22.4 MEMS和传感器测试 360
21.23 致谢 360
21.24 扩展阅读 360
第四部分 柔性技术、复合电子和大面积电子
第22章 印刷电子器件：原理、材料、工艺及应用 364
22.1 印刷电子器件简介 364
22.2 印刷电子器件：原理及基础 364
22.3 用于印刷电子器件的材料 366
22.4 印刷电子器件的制造工艺 367
22.4.1 丝网印刷 367
22.4.2 凹版印刷 367
22.4.3 喷墨印刷 368
22.4.4 气溶胶喷墨印刷 368
22.5 主要挑战和潜在解决方案 369
22.6 应用案例 370
22.6.1 互连 370
22.6.2 有机发光二极管 371
22.6.3 超高频射频识别 372
22.7 结论 373
22.8 参考文献 373
第23章 柔性复合电子器件 376
23.1 引言 376
23.2 什么是柔性复合电子器件 376
23.3 为什么需要柔性复合电子器件 377
23.4 如何制造柔性复合电子器件 378
23.5 结论和展望 381
23.6 参考文献 381
第24章 柔性电子器件 383
24.1 柔性电子器件的应用 383
24.1.1 柔性显示 383
24.1.2 柔性太阳能电池 383
24.1.3 柔性传感器 383
24.1.4 柔性晶体管和CMOS电路 383
24.2 柔性电路的关键材料 384
24.2.1 基底材料 384
24.2.2 有机半导体及介电材料 385
24.2.3 二维材料 386
24.2.4 柔性导电材料 386
24.3 柔性电路制造技术 387
24.4 结论和展望 388
24.5 参考文献 388
24.6 扩展阅读 390
第25章 射频印刷电子：物联网和智能皮肤应用的通信、传感和能量收集 391
25.1 引言 391
25.2 印刷工艺和材料 391
25.2.1 喷墨印刷 391
25.2.2 3D打印 392
25.3 印刷射频电路的应用 392
25.3.1 天线 393
25.3.2 传感平台 394
25.3.3 能量收集系统 398
25.4 结论 399
25.5 参考文献 399
第26章 纳米电子器件和功率电子器件的印刷制造 401
26.1 引言 401
26.2 纳米定向组装和转移 401
26.3 在功率电子器件中的应用 403
26.3.1 印刷高性能逻辑电路 403
26.3.2 印刷功率电子器件的三维互连 405
26.4 参考文献 405
第27章 柔性电子中的三维互连 409
27.1 引言 409
27.2 纳米定向组装技术 409
27.3 三维互连制造工艺 410
27.4 材料特性 412
27.5 电学特性 412
27.6 工艺适用范围 413
27.7 与其他技术的比较 413
27.8 参考文献 414
第28章 喷墨印刷触摸传感器材料 416
28.1 引言 416
28.2 材料和工艺优化 417
28.3 加成工艺参数 422
28.3.1 温度 422
28.3.2 墨滴间距 422
28.3.3 预处理 423
28.3.4 黏度和波形编辑 423
28.4 触摸屏显示器 425
28.4.1 触摸传感器的布局 425
28.4.2 触摸传感器印刷材料 425
28.4.3 触摸传感器的印刷过程 426
28.4.4 触摸传感器的电容性能 426
28.5 结论 430
28.6 致谢 430
28.7 参考文献 430
28.8 扩展阅读 431
第29章 平板与柔性显示器技术 432
29.1 引言 432
29.2 显示器技术相关术语的定义 432
29.3 显示器技术的基础与原理 434
29.3.1 显示质量 434
29.3.2 显示器的基本结构和特征 435
29.3.3 各种显示器技术的比较 439
29.4 显示器的制造工艺 441
29.4.1 薄膜工艺 441
29.4.2 厚膜工艺 441
29.4.3 显示单元形成工艺 441
29.4.4 老化和测试工艺 441
29.5 未来趋势和结论 442
29.5.1 技术趋势 442
29.5.2 应用趋势 443
29.5.3 结论 443
29.6 扩展阅读 444
第30章 光伏基础知识、制造、安装和运营 445
30.1 引言 445
30.1.1 太阳能的概念 445
30.1.2 为何选择太阳能 445
30.1.3 全球太阳能市场概况 445
30.2 光伏发电的基本原理 446
30.2.1 光伏产品的基本概念 446
30.2.2 如何制作太阳能电池 448
30.2.3 太阳能电池板的制造 451
30.2.4 太阳能电池板的类型 453
30.3 光伏电站 454
30.3.1 如何设计太阳能系统 454
30.3.2 设计软件和工具 454
30.3.3 建设太阳能系统 455
30.3.4 安装太阳能系统 455
30.4 维护和操作 456
30.4.1 工厂维护 456
30.4.2 大型光伏电站的高级维护和运行 457
30.5 光伏发电的未来前景 458
30.6 参考文献 458
第五部分 气体与化学品
第31章 气体供应系统 460
31.1 引言 460
31.2 气体供应系统设计原则 462
31.2.1 无泄漏系统 464
31.2.2 无死区系统 465
31.2.3 无颗粒系统 466
31.2.4 水分作为杂质的特殊性质 466
31.2.5 表面钝化 468
31.2.6 流体力学 469
31.2.7 机台连接阀布局 469
31.3 材料 470
31.3.1 管道 470
31.3.2 阀门 472
31.3.3 机械连接 473
31.3.4 过滤器 474
31.3.5 单向阀 474
31.4 安装规范 474
31.4.1 安全 475
31.4.2 质量保证 475
31.4.3 材料的储存和处理 475
31.4.4 部件安装 475
31.4.5 吹扫和焊接气体 476
31.4.6 管道焊接准备 476
31.4.7 管道焊接 476
31.4.8 焊接的评估标准 476
31.4.9 验证标准 476
31.5 质量保证 476
31.6 验证 477
31.6.1 氦检测试 478
31.6.2 水/氧分析 479
31.6.3 颗粒物测试 479
31.7 验收/调试 480
31.8 机台连接 480
31.9 系统运行和维护 481
31.10 参考文献 481
31.11 扩展阅读 481
第32章 超纯水的基本原理 483
32.1 引言 483
32.1.1 超纯水系统 483
32.1.2 超纯水的质量规格 484
32.1.3 原水来源 486
32.2 超纯水制备 487
32.2.1 预处理 487
32.2.2 一次处理系统 488
32.2.3 抛光回路 488
32.3 超纯水分配系统 489
32.4 分析方法与技术 490
32.4.1 在线分析测量部分 490
32.5 超纯水应用于半导体行业所面临的挑战 494
32.5.1 质量方面 494
32.5.2 产能方面 497
32.5.3 用水管理方面 498
32.6 如何获得高质量超纯水的一些建议 498
32.7 致谢 499
32.8 参考文献 499
第33章 工艺化学品的使用和处置 501
33.1 引言 501
33.2 重大化学危害术语和符号 501
33.2.1 安全数据表(SDS) 502
33.2.2 国际危险性标识 503
33.2.3 美国国家消防协会菱形危险标识 503
33.3 半导体制程中所使用的工艺化学品 503
33.3.1 水基化学品 504
33.3.2 溶剂 505
33.3.3 化学机械平坦化浆料 506
33.4 工艺化学品和浆料的常规处理方法 506
33.5 物流运输 508
33.6 分析验证 508
33.7 废弃物处理 509
33.8 结论 509
33.9 致谢 509
33.10 参考文献 509
33.11 扩展阅读 509
第34章 过滤 511
34.1 化学品过滤 511
34.1.1 化学品过滤：过滤器构造 511
34.1.2 化学品过滤：效果 513
34.1.3 化学品过滤：使用注意事项 515
34.2 超纯水过滤 515
34.3 光刻过滤 516
34.4 化学机械抛光过滤 517
34.5 气体过滤 518
34.5.1 气体过滤：过滤器构造 518
34.5.2 气体过滤：效果 519
34.6 过滤作为缺陷分析工具的应用 521
34.7 参考文献 522
第35章 化学品和研磨液处理系统 523
35.1 引言 523
35.2 重要条款 524
35.3 化学品和研磨液处理系统的历史 524
35.3.1 成本 524
35.3.2 安全 524
35.3.3 纯度 524
35.3.4 重复性 524
35.4 化学品和研磨液处理设备 525
35.4.1 高纯度化学品分配系统 525
35.4.2 化学混合系统 529
35.4.3 研磨液系统 531
35.5 系统纯度 533
35.5.1 离子污染 533
35.5.2 颗粒污染 534
35.5.3 污染源 534
35.6 结论 534
35.7 致谢 535
35.8 参考文献 535
第六部分 操作、设备与设施
第36章 良率管理 538
36.1 引言 538
36.1.1 良率管理 538
36.1.2 良率部门的角色 538
36.2 良率管理的基本原则 538
36.2.1 定义产量、履行测试 538
36.2.2 系统良率、随机良率 540
36.2.3 缺陷和良率：良率模型 541
36.2.4 可变性：参数化良率损失 541
36.2.5 良率和可靠性 541
36.3 方法：缺陷、数据挖掘和增强 542
36.3.1 缺陷控制 542
36.3.2 数据挖掘 542
36.3.3 机台和反应仓特征 543
36.3.4 实验设计：分批次 543
36.3.5 工艺变更审查委员会 543
36.3.6 偏差预防 543
36.3.7 偏差控制 544
36.4 软件 544
36.4.1 MES、SPC和 APC 软件 544
36.4.2 良率管理软件 544
36.5 结论和展望 545
36.6 参考文献 545
36.7 扩展阅读 545
第37章 计算机集成制造和工厂自动化 547
37.1 引言 547
37.1.1 工厂自动化 547
37.1.2 工厂自动化的驱动因素 547
37.2 半导体工厂的软件 548
37.2.1 工厂控制软件 548
37.2.2 质量控制软件 549
37.3 半导体自动物料搬运系统 550
37.3.1 晶圆盒 550
37.3.2 运输系统 551
37.3.3 存储系统 552
37.4 AMHS的设计 552
37.4.1 仿真 552
37.4.2 工艺设备布局方法论 552
37.4.3 AMHS布局方法论 554
37.5 业务考虑 555
37.5.1 性能需求 555
37.5.2 拥有成本 556
37.6 展望 556
37.7 扩展阅读 557
第38章 制造执行系统(MES)基础 558
38.1 制造执行系统(MES)的角色和作用 558
38.2 半导体行业MES的演化 559
38.3 MES的范围和功能 560
38.3.1 MES核心和平台 561
38.3.2 MES 功能模块 562
38.4 现代MES特征与基础 565
38.4.1 性能 566
38.4.2 可伸缩性 566
38.4.3 可扩展性 566
38.4.4 模块化 566
38.4.5 逻辑分散化 566
38.4.6 现代技术 567
38.4.7 集成 567
38.4.8 这些特征的重要性 568
38.5 MES项目的考虑因素 569
38.5.1 未开发地区 569
38.5.2 取代现有的MES 569
38.5.3 无纸化 569
38.5.4 能力和伙伴 570
38.5.5 商业案例 570
38.6 扩展阅读 570
第39章 先进工艺控制 572
39.1 引言 572
39.2 统计过程控制(SPC) 572
39.2.1 R2R控制 573
39.2.2 R2R控制模式的注意事项 574
39.3 故障检测和分类 576
39.4 虚拟度量 577
39.5 展望 578
39.6 参考文献 579
第40章 空气分子污染 581
40.1 概述空气分子污染的化学污染与扩散 581
40.2 AMC分类与效应 581
40.2.1 AMC分类 582
40.2.2 AMC效应 584
40.3 AMC控制注意事项 584
40.3.1 AMC控制系统概述 585
40.4 实施AMC控制 586
40.4.1 AMC*佳控制的三步方法 586
40.5 气相空气过滤原理 586
40.5.1 吸附 586
40.5.2 化学吸附 587
40.6 干洗空气过滤介质 588
40.6.1 吸附剂/化学吸附剂 588
40.6.2 吸附剂装填非织造布 588
40.6.3 珠状活性炭 590
40.6.4 离子交换器 590
40.6.5 挤压碳复合材料 591
40.6.6 黏合介质面板 591
40.7 化学过滤设备设计 593
40.7.1 化学过滤器 593
40.7.2 化学过滤设备 593
40.8 AMC监控 594
40.8.1 冲击器和吸附管 595
40.8.2 反应性监测 595
40.9 AMC控制应用领域 597
40.9.1 HVAC系统设计 597
40.9.2 AMC应用领域 598
40.10 AMC控制规范和标准 599
40.10.1 SEMI标准 599
40.10.2 国际半导体技术路线图 599
40.10.3 ISO标准14644-8 604
40.11 规定AMC控制系统 604
40.11.1 去除效率规范 605
40.11.2 污染物限值规范 605
40.11.3 使用寿命规范 606
40.11.4 标准化实验结果规范 607
40.12 *终考虑 607
40.13 结论 608
40.14 参考文献 609
40.15 附录：缩写词 611
第41章 洁净室环境中的ESD控制 612
41.1 半导体洁净室中的静电电荷 612
41.2 洁净室电荷引起的问题 612
41.2.1 污染 612
41.2.2 静电损伤 614
41.2.3 电磁干扰和晶圆处理错误 616
41.3 静电电荷的产生 618
41.4 绝缘体与导体 619
41.4.1 导电材料 619
41.4.2 耗散材料 619
41.4.3 绝缘材料 619
41.5 洁净室静电管理 619
41.5.1 一般原则 619
41.5.2 导体和绝缘体 621
41.5.3 接地 621
41.5.4 空气离子化 622
41.6 空气离子化对静电电荷的控制 622
41.6.1 电晕电离 622
41.6.2 光电电离 624
41.6.3 α电离 624
41.7 静电测量 625
41.7.1 电场的测量 625
41.7.2 离子发生器性能的测量 625
41.7.3 ESD感应EMI的测量 625
41.8 空气离子发生器的应用 626
41.8.1 常见的应用 626
41.8.2 剧烈放电的应用 627
41.9 结论 628
41.10 参考文献 628
第42章 真空系统 630
42.1 引言 630
42.2 真空泵 630
42.2.1 泵基础 630
42.2.2 泵送速度和增强器 630
42.2.3 泵与应用的匹配 630
42.2.4 涡轮分子泵 631
42.2.5 低温泵 631
42.2.6 干式泵 632
42.3 使用点减排 633
42.3.1 减排基础 633
42.3.2 将减排技术与应用相匹配 633
42.3.3 湿法洗涤器 634
42.3.4 滤筒技术 634
42.3.5 湿-热减排 635
42.3.6 等离子体减排 635
42.3.7 燃烧减排 636
42.3.8 气体回收 637
42.4 结论和展望 637
42.5 致谢 638
42.6 参考文献 638
42.7 扩展阅读 638
第43章 射频等离子体工艺的控制 639
43.1 引言 639
43.2 等离子体产生和工艺控制基础 639
43.2.1 电感耦合等离子体源 639
43.2.2 电子回旋共振等离子体源 641
43.2.3 电容耦合等离子体源 641
43.2.4 磁等离子体源 643
43.2.5 电感耦合等离子体与电容耦合等离子体 644
43.3 工艺控制和诊断 644
43.3.1 等离子体室的射频计量 647
43.3.2 朗缪尔探针 648
43.3.3 光发射光谱法 649
43.3.4 能量分析仪 649
43.3.5 电弧检测和电弧缓解 650
43.4 先进的等离子体工艺控制 651
43.4.1 双频驱动等离子体源 652
43.4.2 脉冲调制RF等离子体源 652
43.4.3 调整离子能量分布函数的方法 654
43.4.4 射频脉冲源阻抗调谐 655
43.4.5 控制均匀性效应的射频机制 657
43.5 干法刻蚀工艺的特性 658
43.6 结论和展望 659
43.7 参考文献 660
第44章 集成电路制造设备部件清洗技术：基础与应用 665
44.1 外包部件清洗的历史观 665
44.1.1 引言 666
44.2 过去、现在和将来的技术/应用 666
44.3 设备部件清洗技术基础和应用 667
44.3.1 按晶圆厂模块划分的部件清洗工艺和技术 668
44.3.2 污染源 670
44.4 部件表面处理技术及其对工艺性能的影响 675
44.4.1 双丝电弧喷涂在PVD/金属溅射中的应用 675
44.4.2 TWAS热喷涂工艺 675
44.4.3 热喷涂在刻蚀工艺中的应用 676
44.5 等离子喷涂工艺 676
44.6 结论 676
44.7 致谢 676
44.8 参考文献 677
第45章 因危害增长及严格监管而使设备设计面临的挑战 678
45.1 引言：“产品合规性之谜” 678
45.1.1 重中之重：先进的设备设计 679
45.1.2 当今的评价方法：虚假的安全感 680
45.1.3 工程部技能：成功的先决条件 680
45.2 产品合规性的基础：“必须做什么?” 681
45.2.1 “合理预见的误用”造成的危害 681
45.2.2 你的设备究竟有多少危害 682
45.2.3 各种识别危害的风险评估 683
45.2.4 国际标准提供“经验教训” 684
45.3 工程部建议:“我们如何做得更好?” 686
45.3.1 他们在学校需要教什么:“一门新的工程课程” 686
45.3.2 需要更好的MoC协议 687
45.3.3 在维护/服务任务中更多地关注设计 688
45.3.4 更多地关注记录风险评估 689
45.3.5 高级工程设计程序 690
45.4 结论：“解谜” 692
45.4.1 维护/服务任务的功能安全工程设计 692
45.4.2 先进的工程设计程序可以帮助缩小知识差距 693
45.4.3 记录性能指标的新安全性 693
45.5 参考文献 694
第46章 洁净室设计和建造 699
46.1 引言 699
46.2 洁净室标准和分类 699
46.3 洁净室的种类 701
46.4 气流布局和模式 703
46.4.1 单向气流 703
46.4.2 湍流气流 704
46.5 换气 704
46.6 洁净室要素 705
46.7 天花板系统 706
46.8 墙壁系统 706
46.9 地板系统 706
46.10 环境要求 706
46.10.1 排气系统 707
46.10.2 补充空气系统 707
46.10.3 再循环空气系统 707
46.10.4 温度控制 708
46.10.5 湿度控制 708
46.10.6 气压差 708
46.11 工艺污染控制 709
46.11.1 空气过滤 709
46.11.2 预防 709
46.11.3 隔离 709
46.11.4 清除 709
46.12 振动和噪声控制 709
46.13 磁通量和电磁通量 710
46.14 空气和表面的静电荷 710
46.15 生命安全 711
46.16 计算流体动力学(CFD) 711
46.17 洁净室设计和施工 712
46.17.1 微环境舞厅式布局技术说明(示例) 712
46.17.2 气流系统技术说明(示例) 713
46.17.3 天花板网格技术说明(示例) 715
46.17.4 洁净室照明技术说明(示例) 716
46.17.5 洁净室墙、窗、门和地板(示例) 716
46.17.6 *终调整和认证测试(示例) 718
46.17.7 洁净室施工协议(示例) 721
46.18 扩展阅读 726
46.19 专业组织 727
第47章 振动与噪声设计 728
47.1 引言 728
47.1.1 振动和噪声源概述 728
47.1.2 振动和噪声敏感区域与设备 728
47.2 测量方法和准则 729
47.2.1 测量方法 729
47.2.2 准则——基于设备的准则和一般准则 731
47.2.3 准则——通用振动准则 731
47.2.4 准则——地板动力刚度要求 732
47.2.5 其他形式的准则 733
47.2.6 广义和工具噪声准则 733
47.3 振动和噪声源 733
47.3.1 现场振动源 733
47.3.2 室内振动源 734
47.3.3 噪声源 735
47.4 地基和结构设计 735
47.4.1 土壤和地基设计(与环境和当地资源有关) 735
47.4.2 工艺层 735
47.5 机械、电气、管道(MEP)设计中的振动和噪声控制 739
47.5.1 MEP系统布局 739
47.5.2 空气循环系统 740
47.5.3 其他机械设备(空气处理器、压缩机、液压泵、真空泵、冷却塔等)
及一般注意事项 741
47.5.4 管道和管路系统 741
47.5.5 中央公用设施建筑、辅助建筑及设备堆放场 742
47.5.6 电气设备(柴油发电机、CPS和UPS系统、变压器) 742
47.5.7 机械动态平衡要求 743
47.5.8 隔振硬件 743
47.6 噪声设计 746
47.6.1 室内噪声设计 746
47.6.2 机械室内外噪声设计 747
47.7 生产工具连接 748
47.7.1 工具布局 748
47.7.2 预置工具架设计 748
47.7.3 主动工具架设计 749
47.7.4 连接设备的振动和噪声控制 749
47.8 设备振动测量的目的和时间 749
47.9 成熟的振动和噪声环境 750
47.10 未来趋势及特殊情况 750
47.10.1 微电子设施 750
47.10.2 平板显示设备(LCD-TFT) 750
47.10.3 纳米技术和其他先进的物理设备 750
47.11 致谢 751
47.12 参考文献 751

Hwaiyu Geng，美国加利福尼亚州亚美智库(Amica Research)的创始人及负责人，致力于推动先进及绿色制造设计与工程，曾任职于美国Westinghouse Electric Corporation、Applied Materials、Hewlett-Packard和Intel等公司。他拥有超过40年的国际高科技工程设计与建设、制造工程和管理等经验。他在许多国际会议上发表了技术论文，并在清华大学、北京大学、北京科技大学、中国科学院微电子研究所、上海交通大学、同济大学、浙江大学、台湾大学等高校和科研机构主持了有关物联网、大数据及数据中心的交流讲座。
Hwaiyu Geng，美国加利福尼亚州亚美智库(Amica Research)的创始人及负责人，致力于推动先进及绿色制造设计与工程，曾任职于美国Westinghouse Electric Corporation、Applied Materials、Hewlett-Packard和Intel等公司。他拥有超过40年的国际高科技工程设计与建设、制造工程和管理等经验。他在许多国际会议上发表了技术论文，并在清华大学、北京大学、北京科技大学、中国科学院微电子研究所、上海交通大学、同济大学、浙江大学、台湾大学等高校和科研机构主持了有关物联网、大数据及数据中心的交流讲座。

本书既可供高等院校与科研院所的教师、学生及研究人员学习和参考，也可作为半导体业界从事生产和管理的专业人员的工作手册。

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