前言

当2001年出版此书第一版时，先进IC技术的节点为130纳米左右。第一版出版后不久，我参加了一个国际集成电路技术研讨会，此时的集成电路制造技术节点为90纳米。本田公司前首席执行官吉野裕行做了一个主题演讲，他谈到本田在2000年推出了阿西莫机器人。当时，阿西莫可以理解一些简单的单词，并执行一些缓慢行走，以及用一些简单语言给出的口头指示。吉野裕行设想类似的阿西莫机器人在未来应该能够跑步、向前和向后行走，并可以上下楼梯。它不仅可以理解对方讲话的含义，而且也可以领会讲话者的心情。它不仅能识别人，而且也能够通过人的面部表情理解人类的情感。为了达到这些要求，IC发展领域的90纳米技术是完全不够的，他认为，将需要22纳米技术的集成电路芯片。

10年以后，先进IC技术的节点已经达到22纳米。2011年本田公司推出了一个全新的阿西莫机器人，它可以跑步、跳舞并使用手语。虽然之前的阿西莫机器人是一个“自动机械装置”，需要一个操作员操作，然而新的阿西莫机器人是一个“自主机器”。这意味着它具有可以通过感应环境自己做出决定和行动的能力。它可以通过观察和预测其他人调整自己的移动方向进行智能行走，并在一群人中行走而不会发生碰撞。它有能力识别很多人的声音，它的图像传感器具有面部识别能力。虽然新的阿西莫机器人已经得到了巨大改善，但是仍然距离识别情感和情绪的功能很远。要做到这一点，可能需要10纳米技术节点的IC芯片。

本书第一版出版已经过了将近10年。在这些年里，半导体工业和制造技术经历了很多变化。虽然英特尔公司在北美仍然保持领先的IC制造技术，但是IC制造中心已转移到东亚地区，如中国台湾、韩国和中国大陆。在欧洲、日本和北美的IC制造晶圆厂正在以惊人的速度减少。

当IC技术节点继续缩小时，最大的挑战仍然是图形化技术。如同本书第一版的预测，浸没式光刻技术和多图形化技术延长了光学光刻技术的应用，并进一步推迟了下一代光刻技术的进程。

本书第1章简要回顾了半导体工业的发展历史，概述了半导体制造工艺。第2章介绍了基本的半导体工艺，包括测试和成品的封装、净化室、半导体晶圆厂，以及集成电路芯片。第3章简要介绍了半导体器件、集成电路芯片，以及早期的制造工艺技术。第4章描述了晶体结构、单晶硅晶圆生长，以及硅外延技术。如应变硅、锗硅、选择性外延生长的发展都安排在本章。第5章讨论了加热过程，包括氧化、扩散、热处理、合金化和再流动过程，以及快速热处理工艺（RTP）和传统的高温炉加热过程。第6章详细介绍了光学光刻工艺，包括新的技术，如浸没式光刻和多图形化技术，以及替代光刻技术、极紫外线光刻技术、纳米压印和电子束直写技术。第7章讨论了半导体制造过程中使用的等离子体基本理论，本章还介绍了等离子体应用，直流偏压和等离子体工艺的关系。第8章讨论了离子注入工艺。第9章详细介绍了刻蚀工艺，包括湿法刻蚀和干法刻蚀、反应离子刻蚀（RIE）、化学和物理刻蚀。第10章介绍了基本的化学气相沉积（CVD）和电介质薄膜沉积工艺，以及多孔低k电介质沉积、气隙的应用、原子层沉积（ALD）工艺过程。第11章介绍了金属化工艺，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和电化学电镀（ECP）工艺。该章还描述了铜金属化工艺，以及金属氧化物半导体（MOS）晶体管的高k和金属栅工艺的发展。第12章讨论了化学机械抛光（CMP）工艺。第13章讨论了工艺整合。第14章介绍了先进的CMOS、DRAM和NAND闪存工艺流程。第15章总结了本书和半导体工业未来的发展。

本书第二版内容的整理得到了很多人的帮助。我的妻子黄柳（Lucy）给我许多鼓励和支持，我的长子萧嘉瑞（Jarry Xiao）帮我校对了几章，我的现任和前任同事提供了很多有用的建议。另外，我谨向Paul MacDonald、Pierre Lefebvre和Alan Liang致以深深的感谢。