【功率電晶體基礎與工藝精講（第2版）】

編輯推薦

適讀人群：本書適合與電晶體業務相關的人士、準備涉足電晶體領域的人士、對電晶體制造技術感興趣的職場人士和學生等閱讀參攷。

186個知識點，176張工藝與構造圖表，

日本著名電晶體專家佐藤淳一從業30多年積澱

復旦大學微電子學院教授蔣玉龍推薦

南京大學微製造與集成工藝中心原副主任、北京智慧能源研究院電晶體資深科技專家李哲洋博士推薦

華為公司高級顧問、資訊通信行業專家李翔宇推薦

雙極電晶體、MOSFET、IGBT、MOS LSI、晶圓减薄工藝、矽晶圓、SiC和GaN、晶片黏接

內容簡介

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

本書適合與電晶體業務相關的人士、準備涉足電晶體領域的人士、對功率電晶體感興趣的職場人士和學生閱讀。

作者簡介

佐藤淳一

京都大學工學研究生院碩士。 1978年，加入東京電力化學工業股份有限公司（現TDK）； 1982年，加入索尼股份有限公司。 一直從事電晶體和薄膜設備，以及工藝科技的研發工作。 期間，在電晶體尖端科技（Selete）創立之時被借調，擔任長崎大學工學部兼職講師、半導體行業委員會委員。

著有書籍

《CVD手册》

《圖解入門——半導體制造設備基礎與構造精講（原書第3版）》

《圖解入門——功率半導體基礎與機制精講（原書第2版）》

《圖解入門——半導體制造工藝基礎精講（原書第4版）》

目錄

前言

本書的表示及使用方法

第1章俯瞰功率電晶體全貌/

1.1作為電子零件的電晶體設備的定位/

什麼是電子零件？/

可高速開關的半導體器件/

1.2電晶體設備中的功率電晶體/

導體設備和世界趨勢/

功率電晶體是幕後英雄/

電晶體中的功率電晶體/

1.3功率電晶體的應用/

家中的例子/

什麼是變頻器控制？/

1.4將功率電晶體比作人/

功率電晶體扮演的角色/

什麼是電力的轉換？/

1.5電晶體結構的差异/

一般的MOSFET/

功率MOSFET/

電晶體的區別/

俯視電晶體結構/

第2章功率電晶體的基礎知識及運作/

2.1電晶體的基礎知識和運作/

什麼是電晶體？/

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電晶體的基本知識及操作/

開關是什麼？/

電晶體是什麼？/

2.4雙極電晶體的基本知識和操作/

什麼是雙極電晶體？/

雙極電晶體的原理/

雙極電晶體的連接/

2.5MOS型二極體的基礎知識和操作/

MOS型是什麼？/

電晶體設備各部分的功能/

MOS型二極體的作用和開/關操作/

2.6回顧電晶體的歷史/

電晶體的起源/

功率電晶體早期扮演的角色/

從汞整流器到矽整流器/

從矽到下一代資料/

2.7功率MOSFET的出現/

應對高速開關的需求/

MOSFET是什麼？/

雙極電晶體和MOSFET的比較/

2.8雙極和MOS的融合/

IGBT出現之前/

IGBT的特徵/

2.9與訊號轉換的比較/

什麼是訊號的轉換？/

CMOS反相器的操作/

第3章各種功率電晶體的作用/

3.1單向導通的二極體/

二極體與整流作用/

二極體的實際整流作用/

整流作用的原理/

3.2大電流雙極電晶體/

雙極電晶體是什麼？/

為什麼需要高速開關/

雙極電晶體原理/

雙極電晶體的操作點/

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/

水准IGBT的例子/

IGBT面臨的挑戰/

3.6探索功率電晶體的課題/

導通電阻是什麼？/

耐受電壓是指什麼？/

矽的極限在哪裡？/

第4章功率電晶體的用途與市場/

4.1功率電晶體的市場規模/

功率電晶體的市場/

進入功率電晶體市場的企業/

日本企業裏實力雄厚的功率電晶體部門/

4.2電力基礎設施和功率電晶體/

電網與功率電晶體/

實際使用情况/

功率電晶體在工業設備中的應用/

4.3交通基礎設施和功率電晶體/

電力機車與功率電晶體/

實際的電力轉換/

N700系列使用IGBT/

混動機車的出現/

4.4汽車和功率電晶體/

電動車的出現與功率電晶體/

功率電晶體的作用/

降壓/升壓是什麼？/

4.5資訊、通信和功率電晶體/

IT時代與功率電晶體/

實際發生的動作/

4.6家電與功率電晶體/

什麼是IH電磁爐？/

功率電晶體用於何處？/

LED照明與功率電晶體/

第5章功率電晶體的分類/

5.1根據用途分類的功率電晶體/

功率電晶體是非接觸式開關/

功率電晶體的廣泛用途/

5.2根據資料分類的功率電晶體/

功率電晶體與基底資料/

對寬隙電晶體的需求/

5.3按結構和原理分類的功率電晶體/

按載流子種類的數量分類/

按結的數量分類/

按埠數量和結構分類/

5.4功率電晶體的容量/

什麼是功率電晶體的額定值？/

功率電晶體的電流容量和擊穿電壓/

第6章用於功率電晶體的矽晶圓/

6.1矽晶圓是什麼？/

矽的質量是功率電晶體的關鍵/

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與記憶體和邏輯電路不同的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/

原則上耐壓性决定矽的極限/

第7章矽功率電晶體的發展/

7.1功率電晶體的世代/

功率電晶體的世代是什麼？/

减少電力損失是指什麼？/

7.2對IGBT的效能要求/

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化的功率電晶體/

功率模組是什麼？/

IPM是什麼？/

7.7冷卻與功率電晶體/

電晶體與冷卻/

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出現在功率電晶體之前/

擁有不同結晶的SiC/

其他SiC特性/

8.2SiC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/

8.4GaN晶圓的難點：什麼是異質外延？/

GaN是什麼？/

如何製造GaN單晶？/

8.5GaN的優勢和挑戰/

設備的挑戰是多方面的/

其他課題/

8.6GaN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晶圓業務日新月异/

GaN晶圓的動向/

第9章功率電晶體製造過程的特徵/

9.1功率電晶體與MOS LSI的區別/

功率電晶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/

電晶體結構的垂直視圖/

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/

用於功率電晶體的獨特結構/

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/

什麼是回流二極體？/

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/

啟動的概念/

啟動裝置的例子/

9.6什麼是晶圓减薄工藝？/

晶圓减薄/

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异/

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/

書摘插畫

--------------------------------------------------------------------------------

【電晶體製造設備基礎與構造精講（第3版）】

編輯推薦

適讀人群：從事電晶體製造與設計的專業人員閱讀

說到晶片，相信關注它的朋友都知道，現時美國壟斷市場占了全球50%的份額，而國內在晶片方面經常被美國卡脖子，比如中興、華為等。 而且不僅僅是卡成品晶片，還卡生產晶片的設備、資料、EDA軟件等。

一說起晶片，很多朋友都會說，要加速國產替代，不讓別人卡住我們的脖子。 但在整個晶片產業，究竟有多少卡脖子的科技環節，我們又該在什麼地方努力？

目前有很多朋友表示，晶片有三大上游產業，分別是EDA、電晶體設備、半導體材料，只要搞定這三大產業，就不用愁了。 這樣說也對，但不够全面，真正三大卡脖子的科技主要是在工藝、裝備/資料、設計IP核/EDA。

工藝是指晶片制造技術，這是與晶片生產企業本身的科技相關的。 比如台積電、三星達到了5nm，格芯、Intel、聯電等達到了10nm，而現時國產科技只達到14nm。

設備/資料其實是一體的，裝備是指光刻機、刻蝕機、離子注入機等。 在設備的前10大廠商中，美國有4家，日本有4家，歐洲有2家，其中美國份額高。

在資料方面，日本壟斷半導體材料70%的市場，這兩方面都需要我們繼續加强。

EDA是用來設計晶片的軟件，現時整個市場被美國企業壟斷了90%以上，國產不足5%。

IP核是指指令集，比如ARM、X86、RISC-V、MIPS、Alpha、Power。 目前國內就沒有自己的指令集，都是採用國外的指令集來設計晶片。

可見三大關鍵環節，都是被卡著脖子，並且是一環套一環，要想不被卡脖子，這些環節要全部實現國產替代才行，可見這是整個供應鏈體系的事情，而不是某一家廠商，或幾家廠商的事情，需要一批批强大的企業。

以上這些環節需要專業的人才培養、高效的創新機制和深厚的科技文化支撐，囙此，就需要從基礎做起，儘快普及相關的科技知識。 本書就是為了解决上述問題而出版的，涉及前段制程、清洗與乾燥、離子注入和熱處理、光刻、刻蝕、成膜、平坦化、CMOS、後段制程，為電晶體科技的知識普及，為加速半導體產業國產替代，解决“卡脖子”問題盡一份綿薄之力。

內容簡介

本書以簡潔明瞭的結構向讀者展現了電晶體制造技術中使用的設備基礎和構造。 全書涵蓋了電晶體製造設備的現狀以及展望，同時也對清洗和乾燥設備、離子注入設備、熱處理設備、光刻設備、蝕刻設備、成膜設備、平坦化設備、監測和分析設備、後段制程設備等逐章進行解說。 雖然包含了很多生澀的詞彙，但難能可貴的是全書提供了豐富的圖片和表格，幫助讀者進行理解。 相信本書一定能帶領讀者進入一個電晶體製造設備的立體世界。

本書適合從事電晶體與晶片加工、設計的從業者，以及準備涉足上述領域的上班族和學生閱讀參攷。

此版本僅限在中國大陸地區（不包括香港、澳門特別行政區及臺灣地區）銷售。

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力化學工業株式會社（現TDK），1982年開始就職於索尼公司。 一直從事電晶體和薄膜器件相關工藝的研究開發工作。 在此期間，參與創建電晶體尖端科技公司，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。

譯者簡介

盧濤，江蘇常州人，日本中央大學工科碩士。 精通各種電晶體製造設備流程與開發，曾參與電晶體工廠數據的實时傳輸和設備狀態的分析。

書摘插畫

--------------------------------------------------------------------------------

【電晶體制造技術基礎精講（第4版）】

內容簡介

本書以圖解的管道深入淺出地講述了電晶體制造技術的各個科技環節。 全書共分為12章，包括電晶體制造技術全貌、前段制程概述、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、後段制程工藝概述、後段制程的趨勢、電晶體工藝的新動向。 本書適合與電晶體業務相關的人士、準備涉足電晶體領域的人士、感興趣的職場人士、學生等參攷。

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力化學工業株式會社（現TDK），1982年開始就職於索尼公司。 一直從事電晶體和薄膜器件相關工藝的研究開發工作。 在此期間，參與創建電晶體尖端科技公司，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。

譯者簡介

王憶文，電子科技大學電子科學與工程學院教授，畢業於東京工業大學，獲工學博士學位。 曾在原電子工業部第四十七研究所工作，任VLSI測試研究室副主任、高級工程師。 研究方向包括SoC設計與測試技術、新型網路技術、人工智慧科技等。

王姝婭，電子科技大學電子科學與工程學院高級實驗師，多年從事電晶體工藝的教學科研工作，曾主編《微電子制造技術實驗教程》。

目錄

原書前言

電晶體制造技術全貌/

1-1電晶體工藝簡介/

1-2前段制程和後段制程的區別/

1-3循環型的前段制程電晶體工藝/

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制程/

1-12後段制程使用的工藝是什麼？/

2-1追求微細化的前段制程工藝/

2-2批量製造晶片的前段制程/

2-3在沒有“等待”的工藝中進行必要的檢查和監控/

2-4前段制程fab的全貌/

2-5fab的生產線構成——什麼是Bay管道？/

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輸送量至關重要的清洗工藝/

3-7清洗後必不可少的乾燥工藝/

3-8新的乾燥工藝/

3-9濕法工藝和幹法清洗/

4-1注入雜質的離子注入科技/

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最新的雷射退火工藝/

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推動微細化的曝光科技的演變/

5-4掩膜版和防塵薄膜/

5-5相當於相紙的光刻膠/

5-6塗布光刻膠膜的塗膠機/

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浸液曝光科技現狀/

5-10什麼是雙重圖形？/

5-11追求進一步微細化的EUV科技/

5-12納米壓印科技/

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电浆/

6-4RF（射頻）施加管道有什麼不同？/

6-5各向異性的機理/

6-6幹法刻蝕工藝的挑戰/

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和电浆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）膜所使用的塗布工藝/

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電晶體形成（之一）柵極形成/

9-6電晶體形成（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使晶圓變薄的减薄工藝/

10-3切割出晶片的劃片/

10-4粘貼晶片/

10-5電力連接的引線鍵合/

10-6封裝晶片的注塑/

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真實晶片尺寸的晶圓級封裝/

12-1路線圖和“路線圖外”/

12-2站在十字路口的電晶體工藝微細化/

12-3More Moore所必需的NGL/

12-4EUV技術趨勢/

12-5450mm晶圓趨勢/

12-6電晶體晶圓廠的多樣化/

12-7貫通晶片的TSV（Through Silicon Via）/

12-8對抗More Moore的三維封裝/

書摘插畫