前言

當2001年出版此書第一版時，先進IC技術(shù)的節(jié)點為130納米左右。第一版出版后不久，我參加了一個國際集成電路技術(shù)研討會，此時的集成電路制造技術(shù)節(jié)點為90納米。本田公司前首席執(zhí)行官吉野裕行做了一個主題演講，他談到本田在2000年推出了阿西莫機器人。當時，阿西莫可以理解一些簡單的單詞，并執(zhí)行一些緩慢行走，以及用一些簡單語言給出的口頭指示。吉野裕行設(shè)想類似的阿西莫機器人在未來應(yīng)該能夠跑步、向前和向后行走，并可以上下樓梯。它不僅可以理解對方講話的含義，而且也可以領(lǐng)會講話者的心情。它不僅能識別人，而且也能夠通過人的面部表情理解人類的情感。為了達到這些要求，IC發(fā)展領(lǐng)域的90納米技術(shù)是完全不夠的，他認為，將需要22納米技術(shù)的集成電路芯片。

10年以后，先進IC技術(shù)的節(jié)點已經(jīng)達到22納米。2011年本田公司推出了一個全新的阿西莫機器人，它可以跑步、跳舞并使用手語。雖然之前的阿西莫機器人是一個“自動機械裝置”，需要一個操作員操作，然而新的阿西莫機器人是一個“自主機器”。這意味著它具有可以通過感應(yīng)環(huán)境自己做出決定和行動的能力。它可以通過觀察和預測其他人調(diào)整自己的移動方向進行智能行走，并在一群人中行走而不會發(fā)生碰撞。它有能力識別很多人的聲音，它的圖像傳感器具有面部識別能力。雖然新的阿西莫機器人已經(jīng)得到了巨大改善，但是仍然距離識別情感和情緒的功能很遠。要做到這一點，可能需要10納米技術(shù)節(jié)點的IC芯片。

本書第一版出版已經(jīng)過了將近10年。在這些年里，半導體工業(yè)和制造技術(shù)經(jīng)歷了很多變化。雖然英特爾公司在北美仍然保持領(lǐng)先的IC制造技術(shù)，但是IC制造中心已轉(zhuǎn)移到東亞地區(qū)，如中國臺灣、韓國和中國大陸。在歐洲、日本和北美的IC制造晶圓廠正在以驚人的速度減少。

當IC技術(shù)節(jié)點繼續(xù)縮小時，最大的挑戰(zhàn)仍然是圖形化技術(shù)。如同本書第一版的預測，浸沒式光刻技術(shù)和多圖形化技術(shù)延長了光學光刻技術(shù)的應(yīng)用，并進一步推遲了下一代光刻技術(shù)的進程。

本書第1章簡要回顧了半導體工業(yè)的發(fā)展歷史，概述了半導體制造工藝。第2章介紹了基本的半導體工藝，包括測試和成品的封裝、凈化室、半導體晶圓廠，以及集成電路芯片。第3章簡要介紹了半導體器件、集成電路芯片，以及早期的制造工藝技術(shù)。第4章描述了晶體結(jié)構(gòu)、單晶硅晶圓生長，以及硅外延技術(shù)。如應(yīng)變硅、鍺硅、選擇性外延生長的發(fā)展都安排在本章。第5章討論了加熱過程，包括氧化、擴散、熱處理、合金化和再流動過程，以及快速熱處理工藝（RTP）和傳統(tǒng)的高溫爐加熱過程。第6章詳細介紹了光學光刻工藝，包括新的技術(shù)，如浸沒式光刻和多圖形化技術(shù)，以及替代光刻技術(shù)、極紫外線光刻技術(shù)、納米壓印和電子束直寫技術(shù)。第7章討論了半導體制造過程中使用的等離子體基本理論，本章還介紹了等離子體應(yīng)用，直流偏壓和等離子體工藝的關(guān)系。第8章討論了離子注入工藝。第9章詳細介紹了刻蝕工藝，包括濕法刻蝕和干法刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕（RIE）、化學和物理刻蝕。第10章介紹了基本的化學氣相沉積（CVD）和電介質(zhì)薄膜沉積工藝，以及多孔低k電介質(zhì)沉積、氣隙的應(yīng)用、原子層沉積（ALD）工藝過程。第11章介紹了金屬化工藝，包括化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）和電化學電鍍（ECP）工藝。該章還描述了銅金屬化工藝，以及金屬氧化物半導體（MOS）晶體管的高k和金屬柵工藝的發(fā)展。第12章討論了化學機械拋光（CMP）工藝。第13章討論了工藝整合。第14章介紹了先進的CMOS、DRAM和NAND閃存工藝流程。第15章總結(jié)了本書和半導體工業(yè)未來的發(fā)展。

本書第二版內(nèi)容的整理得到了很多人的幫助。我的妻子黃柳（Lucy）給我許多鼓勵和支持，我的長子蕭嘉瑞（Jarry Xiao）幫我校對了幾章，我的現(xiàn)任和前任同事提供了很多有用的建議。另外，我謹向Paul MacDonald、Pierre Lefebvre和Alan Liang致以深深的感謝。