半導體製造與工程創新：從奈米工藝到異質整合，掌握晶圓製程、微影控制與新世代封裝的技術核心

製程原理×尖端技術×產業動能……

深入解析積體電路製程、工程整合與智慧製造的全方位發展

 

▎積體電路的發展與重要性

　　本書首先介紹積體電路（IC, Integrated Circuit）的發展歷程與現代科技中的關鍵角色。作者指出，IC技術自二十世紀中期問世以來，已成為電子產業的核心基石。隨著半導體製程從微米邁向奈米級別，晶片的運算速度與能效大幅提升，推動了電腦、通訊、消費電子、汽車電子以及人工智慧等產業的蓬勃發展。本章除回顧歷史，也分析IC產業的價值鏈結構，包括設計、製造、封裝與測試等階段，強調製造工藝在整體系統中的關鍵地位。

 

▎積體電路製造工藝流程

　　第二部分詳細闡述積體電路從矽晶圓到成品晶片的製程步驟。內容涵蓋晶圓製造的各階段，包括氧化、光蝕刻、離子佈植、薄膜沉積、蝕刻與金屬化等核心技術。作者以清晰的圖表與實例，說明每一製程的原理、所用設備及其對元件性能的影響。例如，在光蝕刻中，曝光解析度與光阻材料選擇將直接影響線寬控制；而在離子佈植階段，能量與劑量設定則決定晶體管閘極特性。書中亦強調潔淨室環境的重要性，指出奈米級製程對溫度、濕度與顆粒控制的嚴苛要求。

 

▎先進製程技術與工程應用

　　第三部分聚焦於先進製程與工程應用。隨著摩爾定律逐漸逼近物理極限，作者探討了多項新興技術的導入，包括極紫外光（EUV）微影技術、FinFET三維電晶體結構、低介電常數材料以及晶圓級封裝（WLP）與系統級封裝（SiP）技術。此外，書中深入分析了這些新技術在製程整合與良率管理上的挑戰，例如EUV光罩缺陷修正、電晶體閘極漏電問題與封裝散熱管理。最後，作者也探討積體電路在人工智慧晶片、高效能運算（HPC）、車用電子及物聯網中的實際應用，突顯IC製造對未來產業發展的深遠影響。

 

▎產業趨勢與未來展望

　　最後一部分分析全球半導體產業的發展趨勢與前瞻議題。作者指出，地緣政治、供應鏈重組與綠色製造正深刻影響IC產業格局。隨著晶片需求持續攀升，各國紛紛投入晶圓廠建設，形成技術與資本密集的競爭態勢。書中也提及智慧製造與自動化在晶片工廠中的應用，如AI驅動的製程控制與大數據分析，有助於提升良率與降低成本。作者以宏觀視角預測，未來IC製造將邁向異質整合與節能設計的方向，並成為推動數位化與永續發展的核心技術。

 

【本書特色】：

本書以深入淺出的方式，系統介紹積體電路從材料、製程到應用的完整流程，兼具理論深度與實務廣度。書中結合最新製程技術，如EUV微影、FinFET結構與晶圓級封裝，並探討AI與智慧製造在半導體產線的應用。內容結構嚴謹、圖表豐富，能幫助讀者快速理解IC製造關鍵技術與產業發展趨勢，是兼具學術價值與產業實用性的專業參考書。

 

第1章　技術背景

1.1　 CMOS製程技術的崛起與發展

 

　　本章主要介紹積體電路是如何從雙極性工藝技術一步一步發展到CMOS工藝技術，以及為了適應不斷變化的應用需求發展出的特色工藝技術。

 

　　首先從雙極性工藝技術發展到PMOS工藝技術，再到NMOS工藝技術，但是無論是雙極性工藝技術和NMOS工藝技術都遇到了功耗問題，最後引出低功耗的CMOS工藝技術，CMOS工藝技術是目前工藝技術的主流。但是CMOS工藝技術沒有辦法滿足不斷變化的應用需求，所以發展出如BiCOMS、BCD和HV-CMOS等特色工藝技術。

 

　　另外還介紹了MOS積體電路的發展歷史，以及MOS電晶體的發展和面臨的挑戰，也就是MOS電晶體按比例縮小的過程中遇到的問題和出現的新技術，為引出下一章先進工藝技術打下基礎。

 

1.1.1　雙極性工藝製程技術簡介[1～2]

 

　　雙極性工藝製程技術是最早出現的積體電路工藝製程技術，也是最早應用於實際生產的積體電路工藝製程技術。隨著微電子工藝製程技術的不斷發展，工藝製程技術日趨先進，其後又出現了PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS和BCD等工藝製程技術。

 

　　1947年，第一個點接觸型電晶體在貝爾實驗室誕生，它的發明者是Bardeen、Shockley和Brattain。1949年，貝爾實驗室的Shockley提出pn接面和雙極性電晶體理論。1951年，貝爾實驗室製造出第一個鍺雙極性電晶體，1956年，德州儀器製造出第一個矽雙極性電晶體，1970年，矽平面工藝製程技術成熟，雙極性電晶體開始大批次生產。