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電子薄膜可靠性(精)/先進晶元材料與后摩爾晶元技術叢書

  • 作者：(美)杜經寧|責編:魯永芳|總主編:周濟|譯者:王琛//劉影夏//(美)杜經寧
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302670360
  • 出版日期：2025/01/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：346
人民幣：RMB 149 元      售價：元
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內容大鋼
    薄膜材料在集成電路行業中得到廣泛應用，隨著晶元節點邁入亞十納米和亞納米級，薄膜材料的可靠性越來越受到關注。本書以《電子薄膜科學》為基礎，並基於作者在加州大學洛杉磯分校開設的研究生課程，重點介紹可靠性科學和薄膜加工。前幾章討論了薄膜工藝和可靠性的基本主題，包括沉積、表面能和原子擴散，然後系統地解釋了互連和封裝技術中的不可逆過程。本書描述了電遷移、熱遷移和應力遷移，最後一章專門介紹了失效分析。通過閱讀本書，讀者將對電子薄膜可靠性有完整的理論和實踐理解。本書數學簡單、理論清晰、娓娓道來，並配有晶元產業的實例，非常適合本科生、研究生、研究人員和晶元從業人員閱讀和參考。
作者介紹
(美)杜經寧|責編:魯永芳|總主編:周濟|譯者:王琛//劉影夏//(美)杜經寧
    杜經寧博士是享譽全球的薄膜材料科學家，目前擔任香港城市大學材料學與電子工程講席教授。自1968年在哈佛大學獲得博士學位后，先後作為高級主管任職於國際商用機器公司沃特森研究中心，作為教授和系主任任職於美國加州大學洛杉磯分校材料科學與工程系，作為台積電講席教授任職于台灣交通大學等。杜教授是美國物理學會會士、美國金屬學會會士、美國材料學會會士、劍橋大學教堂山學院海外會士等。從集成電路誕生起，杜教授一直致力於薄膜材料在微電子器件、封裝和可靠性領域的研究，半個世紀以來筆耕不輟，發表論文500余篇，引用超過2.8萬次，為領域發展做出傑出貢獻，是領域公認的薄膜材料世界級專家，至今年過八旬，仍然在科研一線激情滿懷地解決集成電路封裝可靠性與失效問題。
目錄
第1章  微電子技術中的薄膜應用
  1.1  引言
  1.2  金屬氧化物半導體場效應晶體管
    1.2.1  自對準硅化物接觸和柵極
  1.3  倒裝焊中的薄膜下凸點金屬化
  1.4  電腦為什麼很少出現可靠性故障
  1.5  從微電子技術到納米電子技術的發展趨勢和轉變
  1.6  摩爾定律的終結對微電子學的影響
  參考文獻
第2章  薄膜沉積
  2.1  引言
  2.2  薄膜沉積中的通量方程
  2.3  薄膜沉積速率
  2.4  理想氣體狀態方程
  2.5  氣體分子的動能
  2.6  表面上的熱平衡通量
  2.7  超高真空對沉積膜純度的影響
  2.8  氣體分子碰撞頻率
  2.9  玻爾茲曼速度分佈函數和理想氣體狀態方程
  2.10  麥克斯韋速度分佈函數和氣體分子的動能
  2.11  影響薄膜微結構的形核和生長參數
  參考文獻
  習題
第3章  表面能
  3.1  引言
  3.2  原子間相互作用勢能，鍵能和結合能
  3.3  短程相互作用和准化學假設
  3.4  表面能和潛熱
  3.5  表面張力
  3.6  通過毛細效應測量液體的表面能
  3.7  零蠕變法測量固體的表面能
  3.8  表面能系統分類
  3.9  表面能的大小
    3.9.1  熱力學方法
    3.9.2  力學方法
    3.9.3  原子方法
  3.10  表面結構
    3.10.1  晶體學及其標誌法
    3.10.2  晶向和晶面
    3.10.3  表面結構
  參考文獻
  習題
第4章  固體中的原子擴散
  4.1  引言
  4.2  跳躍頻率和擴散通量
  4.3  菲克第一定律(通量方程)
  4.4  擴散係數
  4.5  菲克第二定律(連續性方程)
    4.5.1  連續性方程的推導
  4.6  擴散方程的一個解

  4.7  擴散係數
  4.8  擴散係數的計算
  4.9  擴散係數中的參數
    4.9.1  原子振動頻率
    4.9.2  活化焓
    4.9.3  指數前因子
  參考文獻
  習題
第5章  擴散方程的應用
  5.1  引言
  5.2  菲克第一定律的應用(流量方程)
    5.2.1  齊納的平面析出物生長模型
    5.2.2  Kidson對薄膜層狀生長的分析
  5.3  菲克第二定律的應用(擴散方程)
    5.3.1  擴散對組分均勻化的影響
    5.3.2  體擴散偶中的互擴散
  5.4  固體析出物生長的分析
    5.4.1  Ham的球狀析出物生長模型(Cr恆定)
    5.4.2  平均場理論
    5.4.3  通過熟化過程生長球形納米顆粒
  參考文獻
  習題
第6章  薄膜中的彈性應力和應變
  6.1  引言
  6.2  彈性的應力-應變關係
  6.3  應變能
  6.4  薄膜中的雙軸應力
  6.5  薄膜中雙軸應力的斯托尼方程
  6.6  測量Al薄膜中的熱應力
  6.7  斯托尼方程在熱膨脹測量中的應用
  6.8  非諧效應和熱膨脹
  6.9  薄膜中內應力的起源
  6.10  失配位錯的彈性能
  參考文獻
  習題
第7章  薄膜表面動力過程
  7.1  引言
  7.2  表面上的吸附原子
  7.3  表面上的平衡蒸氣壓
  7.4  表面擴散
  7.5  階梯介導的同質外延生長
  7.6  非晶薄膜的沉積和生長
  7.7  同質外延生長模式
  7.8  表面圓盤的同質成核
  7.9  圖案化表面上的物質輸運
    7.9.1  圖案化表面擴散的早期階段
    7.9.2  圖案化結構上傳質後期階段
  7.10  表面上半球形粒子的熟化
  參考文獻
  習題

第8章  薄膜中的互擴散與反應
  8.1  引言
  8.2  硅化物的形成
    8.2.1  順序硅化鎳的形成
    8.2.2  硅化物形成的第一相
  8.3  薄膜反應中界面反應控制生長動力學
  8.4  兩層相競爭生長動力學
  8.5  金屬間化合物生成中的標記物分析
  8.6  單層金屬與矽片的反應
  參考文獻
  習題
第9章  晶界擴散
  9.1  引言
  9.2  晶界擴散與體擴散的比較
  9.3  費舍晶界擴散分析
    9.3.1  穿透深度
    9.3.2  切片法
  9.4  維普的晶界擴散分析
  9.5  小角度的晶界擴散
  9.6  擴散誘發晶界運動
  參考文獻
  習題
第10章  互連和封裝技術中的不可逆過程
  10.1  引言
  10.2  通量方程
  10.3  熵的產生
    10.3.1  熱傳導
    10.3.2  原子擴散
    10.3.3  導電性
  10.4  隨溫度變化的共軛力
    10.4.1  原子擴散
    10.4.2  電傳導
  10.5  焦耳熱
  10.6  電遷移、熱遷移和應力遷移
  10.7  電遷移中的不可逆過程
    10.7.1  鋁條的電遷移和蠕變
  10.8  熱遷移中的不可逆過程
    10.8.1  未通電化合物焊點的熱遷移
  10.9  熱電效應中的不可逆過程
    10.9.1  湯姆孫效應和塞貝克效應
    10.9.2  珀爾帖效應
  參考文獻
  習題
第11章  金屬中的電遷移
  11.1  引言
  11.2  歐姆定律
  11.3  金屬互連中的電遷移
  11.4  電遷移的電子風力
  11.5  有效電荷數的計算
  11.6  背應力的影響及臨界長度、臨界積、有效電荷數的測量

  11.7  為什麼在鋁互連中存在背應力
  11.8  電遷移引起的背應力的測量
  11.9  電流擁擠
  11.10  電遷移的電流密度梯度力
  11.11  β-Sn各向異性導體中的電遷移
  11.12  各向異性導體中晶界的電遷移
  11.13  交流電遷移
  參考文獻
  習題
第12章  鋁和銅互連中電遷移引發的失效
  12.1  引言
  12.2  原子通量發散引起的電遷移失效
  12.3  因電流擁擠的電遷移引起的失效
    12.3.1  電流密度區域的空隙形成
  12.4  鋁互連中電遷移引起的失效
    12.4.1  Al微觀結構對電遷移的影響
    12.4.2  多層Al線和W過孔磨損的失效模式
    12.4.3  Cu溶質對Al中電遷移的影響
    12.4.4  Al互連的平均故障時間
  12.5  Cu互連中電遷移引起的失效
    12.5.1  微觀結構對電遷移的影響
    12.5.2  溶質對電遷移的影響
    12.5.3  應力對電遷移的影響
    12.5.4  納米孿晶對電遷移的影響
  參考文獻
  習題
第13章  熱遷移
  13.1  引言
  13.2  SnPb倒裝焊點的熱遷移
    13.2.1  未通電複合焊點的熱遷移
    13.2.2  熱遷移的現場觀察
    13.2.3  兩相共晶結構中相分離的隨機狀態
    13.2.4  未通電的共晶SnPb焊點的熱遷移
  13.3  熱遷移分析
    13.3.1  熱遷移的驅動力
    13.3.2  共晶兩相合金中的熱遷移
  13.4  倒裝焊點在直流或交流電應力下的熱遷移
  13.5  無鉛倒裝焊點的熱遷移
  13.6  無鉛倒裝焊點的熱遷移和蠕變
  參考文獻
  習題
第14章  薄膜內應力遷移
  14.1  引言
  14.2  受壓固體中的化學勢
  14.3  擴散蠕變(納巴羅-荷爾圖方程)
  14.4  拉應力驅動下的Al互連結構的空洞生長
  14.5  壓應力驅動下的Sn/Cu薄膜的晶鬚生長
    14.5.1  Sn晶須自發生長的形態學
    14.5.2  Sn晶鬚生長中的應力產生(驅動力)
    14.5.3  表面Sn氧化物對應力梯度產生的影響

    14.5.4  同步輻射微區衍射測量應力分佈
    14.5.5  蠕變作用導致的應力弛豫：Sn晶鬚生長中的斷氧化物模型
  參考文獻
  習題
第15章  可靠性科學和分析
  15.1  引言
  15.2  定體積和非定體積流程
  15.3  不可逆過程中晶格位移對質量通量散度的影響
    15.3.1  電流密度、溫度和化學勢在器件運行前的初始分佈
    15.3.2  器件運行期間分佈的變化
    15.3.3  晶格位移對質量通量的影響
  15.4  倒裝焊點電遷移失效的物理分析
    15.4.1  焊點結中電流密度的分佈
    15.4.2  溫度在焊點結中的分佈
    15.4.3  電流擁擠效應對薄餅狀空洞生長的影響
  15.5  倒裝焊點電遷移失效的統計分析
    15.5.1  失效時間和韋布爾分佈
    15.5.2  布萊克MTTF方程中的參數計算
    15.5.3  倒裝焊點中布萊克方程的修正
    15.5.4  韋布爾分佈函數和JMA相變方程
    15.5.5  失效統計分佈的物理分析
  15.6  模擬
  參考文獻
  習題
附錄A  熱力學函數的簡要回顧
附錄B  固體中的缺陷濃度
附錄C  亨廷頓電子風力的推導
附錄D  彈性常數表及換算
附錄E  Si MBE的階梯狀分佈
附錄F  互擴散係數
附錄G  各種材料的物理性質匯總表

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