圖解入門.功率半導體基礎與工藝精講：原書第2版

作 者：(日)佐藤淳一著；曹夢譯

ISBN 號：978-7-111-71393-7

出版日期：2022年9月第1版第1次印刷

頁 數：163

開 本：16開（184mm×240mm·11.25印張·216千字）

出 版 社：機械工業出版社

內容介紹

本書以圖解的方式深入淺出地講述了功率半導體製造工藝的各個技術環節。全書共分為10章，包括俯瞰功率半導體工藝全貌、功率半導體的基礎知識及運作、各種功率半導體的作用、功率半導體的用途與市場、功率半導體的分類、用於功率半導體的矽晶圓、矽功率半導體的發展、挑戰矽極限的SiC與GaN、功率半導體製造過程的特徵、功率半導體開闢綠色能源時代等。

本書適合與半導體業務相關的人士、準備涉足半導體領域的人士、對功率半導體感興趣的職場人士和學生閱讀。

目錄

前言

本書的表示及使用方法

第1章 俯瞰功率半導體全貌

 1-1 作為電子零件的半導體設備的定位

 什麼是電子零件？

 可高速開關的半導體器件

 1-2 半導體設備中的功率半導體

 導體設備和世界趨勢

 功率半導體是幕後英雄

 半導體中的功率半導體

 1-3 功率半導體的應用

 家中的例子

 什麼是變頻器控制？

 1-4 將功率半導體比作人

 功率半導體扮演的角色

 什麼是電力的轉換？

 1-5 晶體管結構的差異

 一般的MOSFET

 功率MOSFET

 晶體管的區別

 俯視晶體管結構

第2章 功率半導體的基礎知識及運作

 2-1 半導體的基礎知識和運作

 什麼是半導體？

 固體中載流子的移動

 載流子置入

 2-2 關於pn結

 為什麼需要矽呢？

 pn結是什麼？

 正向和反向偏壓

 2-3 晶體管的基本知識及操作

 開關是什麼？

 晶體管是什麼？

 2-4 雙極晶體管的基本知識和操作

 什麼是雙極晶體管？

 雙極晶體管的原理

 雙極晶體管的連接

 2-5 MOS型二極管的基礎知識和操作

 MOS型是什麼？

 半導體設備各部分的功能

 MOS型二極管的作用和開關操作

 2-6 回顧半導體的歷史

 半導體的起源

 功率半導體早期扮演的角色

 從汞整流器到矽整流器

 從矽到下一代材料

 2-7 功率MOSFET的出現

 應對高速開關的需求

 MOSFET是什麼？

 雙極晶體管和MOSFET的比較

 2-8 雙極和MOS的融合

 IGBT出現之前

 IGBT的特徵

 2-9 與信號轉換的比較

 什麼是信號的轉換？

 CMOS反相器的操作

第3章 各種功率半導體的作用

 3-1 單嚮導通的二極管

 二極管與整流作用

 二極管的實際整流作用

 整流作用的原理

 3-2 大電流雙極晶體管

 雙極晶體管是什麼？

 為什麼需要高速開關

 雙極晶體管原理

 雙極晶體管的操作點

 3-3 雙穩態晶閘管

 晶閘管是什麼？

 晶閘管的原理

 什麼是雙向晶閘管？

 GTO晶閘管的出現

 晶閘管的應用

 3-4 高速運行的功率MOSFET

 MOSFET的工作原理

 功率MOSFET的特徵是什麼？

 MOSFET的各種構造

 3-5 節能時代的IGBT

 IGBT出現的背景

 IGBT的工作原理

 水平IGBT的例子

 IGBT面臨的挑戰

 3-6 探索功率半導體的課題

 導通電阻是什麼？

 耐受電壓是指什麼？

 矽的極限在哪裡？

第4章 功率半導體的用途與市場

 4-1 功率半導體的市場規模

 功率半導體的市場

 進入功率半導體市場的企業

 日本企業裡實力雄厚的功率半導體部門

 4-2 電力基礎設施和功率半導體

 電網與功率半導體

 實際使用情況

 功率半導體在工業設備中的應用

 4-3 交通基礎設施和功率半導體

 電力機車與功率半導體

 實際的電力轉換

 N700系列使用IGBT

 混動機車的出現

 4-4 汽車和功率半導體

 電動車的出現與功率半導體

 功率半導體的作用

 降壓升壓是什麼？

 4-5 信息、通信和功率半導體

 IT時代與功率半導體

 實際發生的動作

 4-6 家電與功率半導體

 什麼是IH電磁爐？

 功率半導體用於何處？

 LED照明與功率半導體

第5章 功率半導體的分類

 5-1 根據用途分類的功率半導體

 功率半導體是非接觸式開關

 功率半導體的廣泛用途

 5-2 根據材料分類的功率半導體

 功率半導體與基底材料

 對寬隙半導體的需求

 5-3 按結構和原理分類的功率半導體

 按載流子種類的數量分類

 按結的數量分類

 按端口數量和結構分類

 5-4 功率半導體的容量

 什麼是功率半導體的額定值？

 功率半導體的電流容量和擊穿電壓

第6章 用於功率半導體的矽晶圓

 6-1 矽晶圓是什麼？

 矽的質量是功率半導體的關鍵

 矽晶圓

 高純度多晶矽

 6-2 不同的矽晶圓製造方法

 矽晶圓的兩種製造方法

 Chokoralsky法

 浮動區法

 6-3 與存儲器和邏輯電路不同的FZ結晶

 實際的FZ矽晶體製造方法

 FZ結晶的大直徑化

 6-4 為什麼需要FZ晶體？

 偏析是什麼？

 FZ法在控制雜質濃度方面的優勢

 FZ矽晶圓的挑戰

 大直徑化發展到什麼程度了？

 6-5 矽的極限是什麼？

 矽的極限

 原則上耐壓性決定矽的極限

第7章 矽功率半導體的發展

 7-1 功率半導體的世代

 功率半導體的世代是什麼？

 減少電力損失是指什麼？

 7-2 對IGBT的性能要求

 MOSFET的缺點

 IGBT的世代交替

 7-3 穿透型和非穿透型

 穿透型是什麼？

 非穿透型是什麼？

 7-4 場截止型（Field Stop）的出現

 場截止型的製造過程

 7-5 探索IGBT類型的發展

 從平面型到溝槽型

 更進一步的IGBT發展

 7-6 逐漸IPM化的功率半導體

 功率模塊是什麼？

 IPM是什麼？

 7-7 冷卻與功率半導體

 半導體與冷卻

 各種各樣的冷卻措施

第8章 挑戰矽極限的SiC和GaN

 8-1 直徑可達6英寸的SiC晶圓

 SiC是什麼？

 SiC出現在功率半導體之前

 擁有不同結晶的SiC

 其他SiC特性

 8-2 SiC的優點和挑戰

 SiC的優點

 SiC的FET結構

 許多挑戰

 8-3 朝著實用化發展的SiC變頻器

 SiC的應用

 8-4 GaN晶圓的難點：什麼是異質外延？

 GaN是什麼？

 如何製造GaN單晶？

 8-5 GaN的優勢和挑戰

 設備的挑戰是多方面的

 其他課題

 8-6 GaN挑戰常閉型

 蓋子必須關好

 常閉型的優點是什麼？

 常閉型對策

 GaN的魅力

 8-7 晶圓製造商的動向

 成本挑戰

 SiC晶圓業務日新月異

 GaN晶圓的動向

第9章 功率半導體製造過程的特徵

 9-1 功率半導體與MOS LSI的區別

 功率半導體要使用整個晶圓嗎？

 先進的邏輯電路在晶圓的頂部堆疊

 不同結構的電流流動

 晶體管結構的垂直視圖

 9-2 結構創新

 豐富多彩的MOSFET結構

 V形槽的形成方法

 形成U形溝槽的方法

 用於功率半導體的獨特結構

 9-3 廣泛使用外延生長

 什麼是外延生長？

 外延生長裝置

 9-4 從背面和正面的曝光過程

 背面曝光的必要性

 什麼是回流二極管？

 背面曝光裝置

 9-5 背面的活性化

 容易被誤解的雜質濃度

 雜質活化的例子

 激活的概念

 激活裝置的例子

 9-6 什麼是晶圓減薄工藝？

 晶圓減薄

 什麼是背面研磨？

 什麼是斜面加工？

 9-7 後端和前端流程之間的差異

 什麼是後端工藝？

 後端處理中的品控

 後端處理流程是否有區別？

 9-8 切片也略有不同

 切片是什麼？

 用於SiC的切片設備

 9-9 芯片黏接的特點

 什麼是芯片黏接？

 功率半導體的黏接工藝

 9-10 用於黏合的導線也較粗

 什麼是銲線？

 與引線框架的連接

 關於銅（Cu）線

 什麼是楔形黏接？

 9-11 封裝材料也有變化

 什麼是封裝材料？

 制模工藝流程

 樹脂注入和固化

 樹脂材料的回顧

第10章 功率半導體開闢綠色能源時代

 10-1 綠色能源時代與功率半導體

 低碳時代的能源

 電力能源的多樣化

 10-2 對可再生能源至關重要的功率半導體

 什麼是太陽能電池？

 功率半導體用於何處？

 巨型太陽能項目

 10-3 智能電網和功率半導體

 什麼是智能電網？

 智能就是時尚

 智慧城市

 10-4 電動汽車（EV）與電力裝置

 EV化的加速

 EV的構造

 電動汽車配有大量的電子控制裝置

 電動摩託等

 10-5 21世紀的交通基礎設施和功率半導體

 高速鐵路網與功率半導體

 有軌電車的回顧

 10-6 功率半導體是一項有前途的跨領域技術

 功率半導體的回歸

 它可能是這個時代的關鍵詞嗎？

 10-7 功率半導體製造商

 功率半導體製造商的現狀

 功率半導體的“秘方”

 新興國家的崛起

參考文獻

圖解入門——半導體製造工藝基礎精講（原書第4版）

作  者:(日)佐藤淳一 著 王憶文//王姝婭 譯

出 版 社:機械工業出版社

出版日期:2022年03月01日

頁  數:194

裝  幀:平裝

ISBN:9787111702344

內容簡介

本書以圖解的方式深入淺出地講述了半導體製造工藝的各個技術環節。全書共分為12章，包括半導體製造工藝全貌、前段製程概述、清洗和乾燥濕法工藝、離子注入和熱處理工藝、光刻工藝、刻蝕工藝、成膜工藝、平坦化 （CMP）工藝、CMOS工藝流程、後段製程工藝概述、後段製程的趨勢、半導體工藝的新動向。本書適合與半導體業務相關的人士、準備涉足半導體領域的人士、感興趣的職場人士、學生等參考。

 作者簡介

佐藤淳一，畢業於京都大學工學研究科，並獲得碩士學位。 1978年開始就職於東京電氣化學工業株式會社（現TDK），1982年開始就職於索尼公司。一直從事半導體和薄膜器件相關工藝的研究開發工作。在此期間，參與創建半導體尖端技術公司，擔任長崎大學兼職講師、行業協會委員等職位，同時也是應用物理學會員。

 目錄

原書前言

半導體製造工藝全貌/

1-1半導體工藝簡介/

1-2前段製程和後段製程的區別/

1-3循環型的前段製程半導體工藝/

1-4前端工藝和後端工藝/

1-5什麼是矽晶圓？ /

1-6矽晶圓是如何製造的？ /

1-7矽的特性是什麼？ /

1-8矽晶圓所需的潔淨度/

1-9矽晶圓在fab中的使用方法/

1-10晶圓的大直徑化/

1-11與產品化相關的後段製程/

1-12後段製程使用的工藝是什麼?/

2-1追求微細化的前段製程工藝/

2-2批量製造芯片的前段製程/

2-3在沒有“等待”的工藝中進行必要的檢查和監控/

2-4前段製程fab的全貌/

2-5fab的生產線構成——什麼是Bay方式？ /

2-6晶圓廠需要儘早提升良品率/

3-1始終保持潔淨的清洗工藝/

3-2清洗方法和機理/

3-3基礎清洗——RCA清洗/

3-4新清洗方法的例子/

3-5批量式和單片式之間的區別/

3-6吞吐量至關重要的清洗工藝/

3-7清洗後必不可少的干燥工藝/

3-8新的干燥工藝/

3-9濕法工藝和乾法清洗/

4-1注入雜質的離子注入技術/

4-2需要高真空的離子注入工藝/

4-3用於不同目的的離子注入工藝/

4-4離子注入後的晶格恢復處理/

4-5各種熱處理工藝/

4-6最新的激光退火工藝/

4-7LSI製造和熱預算/

5-1複製圖形的光刻工藝/

5-2光刻工藝的本質就是照相/

5-3推動微細化的曝光技術的演變/

5-4掩膜版和防塵薄膜/

5-5相當於相紙的光刻膠/

5-6塗佈光刻膠膜的塗膠機/

5-7曝光後必需的顯影工藝/

5-8去除不要的光刻膠灰化工藝/

5-9浸液曝光技術現狀/

5-10什麼是雙重圖形？ /

5-11追求進一步微細化的EUV 技術/

5-12納米壓印技術/

6-1刻蝕工藝流程和刻蝕偏差/

6-2方法多樣的刻蝕工藝/

6-3刻蝕工藝中不可或缺的等離子體/

6-4RF（射頻）施加方式有什麼不同？ /

6-5各向異性的機理/

6-6干法刻蝕工藝的挑戰/

7-1LSI功能不可或缺的成膜工藝/

7-2方法多樣的成膜工藝/

7-3受基底形狀影響的成膜工藝/

7-4直接氧化晶圓的氧化工藝/

7-5熱CVD和等離子體CVD/

7-6金屬膜所需要的濺射工藝/

7-7Cu（銅）佈線不可缺少的電鍍工藝/

7-8Low-k（低介電常數）膜所使用的塗佈工藝/

7-9High-k柵極堆疊工藝/

7-10Cu/Low-k工藝/

8-1多層佈線不可或缺的CMP工藝/

8-2採用先進光刻技術的CMP工藝/

8-3回歸濕法工藝的CMP設備/

8-4消耗品多的CMP工藝/

8-5CMP的平坦化機理/

8-6應用於Cu/Low-k的CMP工藝/

8-7課題堆積如山的CMP工藝/

9-1什麼是CMOS？ /

9-2CMOS的效果/

9-3CMOS結構製造（之一）器件間隔離區域/

9-4CMOS結構製造（之二）阱形成/

9-5晶體管形成（之一）柵極形成/

9-6晶體管形成（之二）源極/漏極/

9-7電極形成（鎢塞形成）/

9-8後端工藝/

10-1去除不良品的晶圓測試/

10-2使晶圓變薄的減薄工藝/

10-3切割出芯片的劃片/

10-4粘貼芯片/

10-5電氣連接的引線鍵合/

10-6封裝芯片的注塑/

10-7產品的打標和引線成形/

10-8最終檢驗流程/

11-1連接時沒有引線的無引線鍵合/

11-2無須引線框架的 BGA/

11-3旨在實現多功能的 SiP/

11-4真實芯片尺寸的晶圓級封裝/

12-1路線圖和“路線圖外”/

12-2站在十字路口的半導體工藝微細化/

12-3More Moore所必需的NGL/

12-4EUV技術趨勢/

12-5450mm晶圓趨勢/

12-6半導體晶圓廠的多樣化/

12-7貫通芯片的 TSV（Through Silicon Via）/

12-8對抗More Moore的三維封裝/