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《創新材料學》



《創新材料學》共分10章，每章涉及一個相對獨立的材料領域，自成體系，內容全面，系統完整。內容包括半導體積體電路材料、微電子封裝和封裝材料、平面顯示器相關材料、半導體固態照明及相關材料、化學電池及電池材料、光伏發電和太陽能電池材料、核能利用和核材料；能源、信號轉換及感測器材料、電磁相容-電磁遮罩及RFID 用材料、環境友好和環境材料，涉及最新技術的各個領域。本書所討論的既是新技術中所採用的新材料，也是新材料在新技術中的應用。

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  作者介紹

  
  
  
  
  田民波
  
  現職：
  清華大學材料科學與工程系 教授
  
  學歷：
  清華大學 工程物理系 碩士
  
  經歷：
  日本京都大學國家公派訪問學者
  日本Kyoto Elex株式?社 特邀研究員
  清華大學材料科學與工程系 教授
  
  總校閱簡介
  
  張勁燕／校訂
  
  學歷：
  交通大學 電子工程系研究所 博士
  
  經歷：
  逢甲大學 電子工程系 副教授
  新加坡Intersil電子公司 工程師
  ITT環宇電子公司 工程部 經理
  台灣電子電腦公司 半導體廠 廠長
  萬邦電子公司 總工程師
  明新工專 電子科 副教授（兼科主任）
  逢甲大學 電機系 副教授（兼系主任）
  
  

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  1 半導體和積體電路（IC）材料
  
  
  
  
  
  1.1 何謂積體電路（IC）
  
  
  
  
  
  1.1.1從分立元件到積體電路
  
  
  
  
  
  1.1.2由矽圓片到晶片再到封裝
  
  
  
  
  
  1.1.3從雙極性元件到MOS 元件
  
  
  
  
  
  1.1.4半導體積體電路的功能及按規模的分類
  
  
  
  
  
  1.2 積體電路（IC）發明逾50 年-兩人的一小步，人類的一大步
  
  
  
  
  
  1.2.1從記憶體到CPU、系統LSI（CMOS 數位式IC 的分類）
  
  
  
  
  
  1.2.2記憶體IC 按功能的分類
  
  
  
  
  
  1.2.3DRAM 中電容結構的變遷
  
  
  
  
  
  1.2.4微處理器的進展
  
  
  
  
  
  1.3 記憶體IC（DRAM）和邏輯LSI 的進展
  
  
  
  
  
  1.3.1CMOS 構造的斷面模式圖（p 型矽基板）
  
  
  
  
  
  1.3.2快閃記憶體單元電晶體「寫入」、「消除」、「讀出」的工作原理
  
  
  
  
  
  1.3.3新元件靠材料和製程的革新而不斷進展
  
  
  
  公教人員貸款
  
  1.4 從矽石到金屬矽，再到99.999999999% 的高純矽
  
  
  
  
  
  1.4.1「矽是上帝賜給人的寶物」
  
  
  土地貸款率利最低銀行推薦
  
  
  1.4.2從矽石原料到半導體元件的製程
  
  
  
  
  
  1.4.3從矽石還原為金屬矽
  
  
  
  
  
  1.4.4改良西門子法生產多晶矽
  
  
  
  
  
  1.5 從多晶矽到單晶矽棒
  
  
  
  
  
  1.5.1多晶矽的析出及生長
  
  
  
  
  
  1.5.2直拉法（Czochralski 法）拉製矽單晶
  
  
  
  
  
  1.5.3區熔法製作單晶矽
  
  
  
  
  
  1.5.4拋光片、磊晶片和SOI
  
  
  
  
  
  1.6 從單晶矽到晶圓
  
  
  
  
  
  1.6.1先要進行取向標誌的加工
  
  
  
  
  
  1.6.2將矽坯切割成一片一片的矽圓片
  
  
  
  
  
  1.6.3按電阻對絕緣體、半導體、導體的分類
  
  
  
  
  
  1.6.4pn 接面中雜質的能階
  
  
  
  
  
  1.7 從晶圓到IC(1)-氧化與擴散技術
  
  
  
  
  
  1.7.1塗佈光阻-製作圖形的第一步
  
  
  
  
  
  1.7.2曝光，顯影
  
  
  
  
  
  1.7.3絕緣膜的作用-絕緣、隔離、LSI 的保護
  
  
  
  
  
  1.7.4熱氧化法-製取優良的絕緣膜
  
  
  
  
  
  1.8 從晶圓到IC(2)-光罩與蝕刻技術
  
  
  
  
  
  1.8.1雜質的擴散法之一-熱擴散法
  
  
  
  
  
  1.8.2雜質的擴散法之二-離子植入法
  
  
  
  
  
  1.8.3濕式蝕刻
  
  
  
  
  
  1.8.4乾式蝕刻
  
  
  
  
  
  1.9 IC 製作中的薄膜及薄膜加工-PVD 法
  
  
  
  
  
  1.9.1真空蒸鍍
  
  
  
  
  
  1.9.2離子濺射和濺射鍍膜
  
  
  
  
  
  1.9.3平面磁控濺射
  
  
  
  
  
  1.9.4晶圓流程中的各種處理室方式
  
  
  
  
  
  1.10 IC 製作中的薄膜及薄膜加工-CVD 法
  
  
  
  
  
  1.10.1用於VLSI 製作的CVD 法分類
  
  
  
  
  
  1.10.2CVD 中主要的反應裝置台灣銀行放款利率查詢
  
  
  
  
  
  1.10.3電漿CVD（PCVD）過程中，傳輸、反應和成膜的過程
  
  
  
  
  
  1.10.4離子植入原理
  
  
  
  
  
  1.11 Cu 佈線代替Al 佈線
  
  
  
  
  
  1.11.1影響電子元件壽命的大敵-電子遷移
  
  
  
  
  
  1.11.2斷線和電路缺陷的形成原因和預防、修補措施
  
  
  
  
  
  1.11.3Cu 佈線代替Al 佈線的理由
  
  
  
  
  
  1.11.4用電鍍法即可製作Cu 佈線
  
  
  
  
  
  1.12 曝光光源向短波長進展和乾式蝕刻代替濕式蝕刻
  
  
  
  
  
  1.12.1步進重複曝光機光源向短波長的進展
  
  
  
  
  
  1.12.2曝光波長的變遷
  
  
  
  
  
  1.12.3圖形曝光裝置的分類
  
  
  
  
  
  1.12.4乾式蝕刻裝置的種類及蝕刻特徵
  
  
  
  
  
  1.13 光學曝光技術
  
  
  
  
  
  1.13.1薄膜圖形加工概要
  
  
  
  
  
  1.13.2對基板的曝光及曝光波長的變遷
  
  
  
  
  
  1.13.3近接曝光和縮小投影曝光
  
  
  
  
  
  1.13.4曝光中的各種位相補償措施
  
  
  
  
  
  1.14 電子束曝光和離子植入
  
  
  
  
  
  1.14.1電子束曝光
  
  
  
  
  
  1.14.2LEEPL（低加速電子束近接）曝光
  
  
  
  
  
  1.14.3離子植入裝置
  
  
  
  
  
  1.14.4低能離子植入和高速退火
  
  
  
  
  
  1.15 單大馬士革和雙大馬士革技術
  
  
  
  
  
  1.15.1大馬士革技術就是中國的景泰藍金屬鑲嵌技術
  
  
  
  
  
  1.15.2Al 佈線與Cu 大馬士革佈線的形成方法比較
  
  
  
  
  
  1.15.3Cu 雙大馬士革佈線的形成方法
  
  
  
  
  
  1.15.4由大馬士革（鑲嵌）技術在溝槽中埋置金屬製作導體佈線的實例
  
  
  
  
  
  1.16 多層化佈線已進入第4 代
  
  
  
  
  
  1.16.1第1 代多層化佈線技術-逐層沉積
  
  
  
  
  
  1.16.2第2 代多層化佈線技術-玻璃流平
  
  
  
  
  
  1.16.3第3 代多層化佈線技術-導入CMP
  
  
  
  
  
  1.16.4第4 代多層化佈線技術-導入大馬士革技術
  
  
  
  
  
  1.17 摩爾定律繼續有效
  
  
  
  
  
  1.17.1半導體元件向巨大化和微細化發展的兩個趨勢
  
  
  
  
  
  1.17.2摩爾定律並非物理學定律
  
  
  
  
  
  1.17.3摩爾定律是描述產業化的定律
  
  
  
  
  
  1.17.4「踮起腳來，跳起來摘蘋果」
  
  
  
  
  
  思考題及練習題
  
  
  
  
  
  參考文獻
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  2 微電子封裝和封裝材料
  
  
  
  
  
  2.1 微電子封裝的定義和範疇
  
  
  
  
  
  2.1.1微電子封裝的發展過程
  
  
  
  
  
  2.1.2前工程、後工程和封裝工程
  
  
  
  
  
  2.1.3電子封裝工程的範圍
  
  
  
  
  
  2.1.4微電子封裝的定義
  
  
  
  
  
  2.2 一級封裝和二級封裝
  
  
  
  
  
  2.2.1LSI 裸晶片（bare chip）一級封裝的各種類型
  
  
  
  
  
  2.2.2引線鍵合（WB）和覆晶（flip-chip）連接方式
  
  
  
  
  
  2.2.3TAB 連接方式
  
  
  
  
  
  2.2.4二級封裝的類型和特徵
  
  
  
  
  
  2.3 一級封裝技術
  
  
  
  
  
  2.3.1引線鍵合（WB）方式及連接結構
  
  
  
  
  
  2.3.2金線引線鍵合（WB）的技術過程
  
  
  
  
  
  2.3.3覆晶（flip-chip）凸點形成方法
  
  
  
  
  
  2.3.4利用FCB 的連接方法
  
  
  
  
  
  2.4 傳遞模注封裝和環氧塑封料（EMC）
  
  
  
  
  
  2.4.1DIP 型陶瓷封裝的結構
  
  
  
  
  
  2.4.2球柵陣列封裝（BGA）的結構
  
  
  
  
  
  2.4.3傳遞模注塑封技術流程
  
  
  
  
  
  2.4.4環氧塑封料（EMC）及各種組分的效果
  
  
  
  
  
  2.5 從半導體二級封裝看電子封裝技術的變遷
  
  
  
  
  
  2.5.1半導體封裝依外部形狀的變遷
  
  
  
  
  
  2.5.2LSI 封裝與印刷電路板安裝（連接）方式的變遷
  
  
  
  
  
  2.6 三維（3D）封裝
  
  
  
  
  
  2.6.1何謂三維封裝？
  
  
  
  
  
  2.6.2晶片疊層的三維封裝
  
  
  
  
  
  2.6.3封裝疊層的三維封裝
  
  
  
  
  
  2.6.4矽圓片疊層的三維封裝
  
  
  
  
  
  2.7 印刷電路板（PCB）用材料
  
  
  
  
  
  2.7.1作為基材的玻璃布
  
  
  
  
  
  2.7.2熱固性樹脂材料(