本书以通俗生动的语言、图文并茂的形式，简要介绍了积体电路製程。以特徵线宽130nm以下为重点，涉及积体电路製作工艺的各个方面，特别是包括短波长光源、步进与扫描照相曝光系统、CMP平坦化、双大马士革Cu布线、低?k介质材料、SoC与SiP等。不仅便于读者入门，特别是指明问题的关键和发展方向。对于与积体电路（IC）製程、材料、设备以及微电子套用相关的科技工作者和工程技术人员，本书具有极为难得的参考价值，也可以作为相关专业本科生、研究生用教材和参考书。

半导体积体电路（IC）元件被称为“工业之米”，作为构成当代文明的基本元素，已渗透到社会生活的各个领域。不仅机器设备，就连我们生活中不可或缺的电子手錶、电冰柜、洗衣机、电饭锅等也离不开IC元件。
在迅速发展的信息化时代，人们通过固定电话、手机、传真机、计算机、网际网路可以在任何时候、任何地方与世界上的任何人互通情报、交流信息，快捷而便利。
在多媒体时代，人们正在集中力量开发将信息、通信、设备及家电等融合为一体的电子设备。不言而喻，个人便携化、高速度、数位化、多功能、大容量、低价格已成为这类电子综合设备的战略发展目标。
在此基础上，人们正逐步实现各种机器的智慧型化。这些机器具有人的感知，能收集、加工各种信息，主动地进行某种目的的操作，经过学习训练还能从事技术含量更高的工作等。
半导体积体电路大约以每3年一代（集成度翻两番）的速度日新月异地发展。儘管目前已有减速的迹象，但信息化、多媒体化、数位化、智慧型化的进程仍在继续。所有这些都有赖于电子技术及作为其核心的半导体积体电路技术的持续进展。
积体电路除在装置、设备中扮演“部件”的角色之外，其自身作为一个体系也在不断发展、进化之中。从这种意义上讲，将积体电路形容为“进化中的细胞”或许更确切些。
目前的现状是，一方面半导体IC正日益广泛、深入和快速地套用到现代社会的各个领域，而另一方面人们对IC的了解，对其本质的认识却一知半解，望而却步的情况并不在少数。由于涉及到大量尖端技术，难度极高，且半导体积体电路製作封闭于“与世隔绝”的超净工作间，普通人很难了解其中的奥秘。本书的目的是全方位地介绍半导体及积体电路的基本知识。针对製造现场出现的，生产者和使用者经常考虑的，想要知道的，经常听别人谈起的问题，简要地回答是什幺和为什幺。
为了帮助一般读者清楚地了解半导体及积体电路，既需要做理论分析，又需要直观介绍，採用图文并茂的形式不失为捷径。而对涉及面广、发展快、内容新，而又相当深奥的半导体、IC等微电子技术，本书在讨论中力求做到深入浅出、通俗易懂，既针对现状又照顾到历史的由来和发展前景。
微电子产业自身也是各种各样部门和产业“集成”的结果。而且，作为产业，经济、效益等与技术同样也是必须要考虑的重要问题。书中也兼顾了这方面的内容。
1965年，作为美国英特尔公司最初创始人之一的Gordon Moore（戈登·摩尔）预言：单位平方英寸晶片上电晶体的数目每隔18~24个月就要翻一番。“儘管并非物理学意义上的定律，但作为指导积体电路产业化和投资方向”的摩尔定律在今后数年内仍然有效。目前，国际上45nm技术最为先进，65nm技术次之，90nm技术为当下国际主流技术。我国内地积体电路产业技术水平近年来显着提升，最高设计水平已经达到90nm、5000万门水平；製造方面已经有量产的300mm（12英寸）生产线3条、200mm（8英寸）生产线16条，製造工艺已经达到最高90nm、主流技术0.18μm的技术水平。而截至2007年上半年，内地在建、拟建的12英寸生产线5条，8英寸生产线8条。从数量上看，内地12/8英寸晶片生产线已经占其晶片生产线总数的半数；而从产能上看，12/8英寸晶片生产线产能在内地晶圆总产能中所占的比重则已经超过60%。可以说，8英寸以上的高端生产线已经开始成为内地晶片製造行业的主体，内地晶片製造行业正大步地向高端迈进。
内地2006、2007、2008年积体电路产业销售额分别达到1006.3、1251.3、1246.82亿元人民币（产量分别为355.8、411.7、417.14亿块），年增长率分别为43.3%、24.3%、-0.4%。如果不包括受国际金融危机严重影响的2008年，过去几年内地积体电路产业的平均年增长率在30%以上，远远超过全球6%~7%的年均增长速度。目前，中国消费电子产品市场已居全球第2位，IC市场需求量已居全球第一位。中国半导体市场（消费类电子产品为主）已成为全球各大半导体厂商占领市场的制高点和调整产品结构的策源地之一。
由此可以想像，与此相关的从业队伍有多幺庞大。本书若能在积体电路及相关领域，帮助读者起到入门作用，作者将不胜荣幸。
IC技术涉及电路、设计、製作、封装、测试、材料及套用等各个方面。作者水平和知识面有限，不妥或谬误之处在所难免，恳请读者批评指正。
本书的编写参考了大量国内外参考文献。特别是较多地引用了参考文献[1]、[2]、[7]、[8]的内容（包括图、表等）。本人在日本期间曾经与这些着作的作者有工作关係，为引用这些文献曾当面徵得他们的同意。在此，向菊地正典、前田和夫、西久保靖彦、福冈义孝等先生表示感谢。同时向中国电子科技集团公司第五十八研究所的于宗光教授表示感谢。
田民波2009年8月8日

第1章半导体IC的构造——既神奇又不可思议的
半导体

1.1何谓半导体——导电的难易性

1.2神奇的硅——在地球表面的元素中储量排行第二

1.3积体电路中集成的是什幺——三极体、电阻、电容

1.4半导体元件与积体电路——积体电路面面观

1.5二极体的功能——3种类型的二极体

1.6三极体的功能——可以比作通过水闸的水路

1.7MOS与双极性电晶体的比较——按IC的材料
分类

1.8存储器、各种类型的CPU——从MPU、ASIC到
系统LSI

1.9存储器的种类——从DRAM到快闪记忆体

1.10CISC与RISC——MPU的两个发展系列

1.11半导体器件的用途与特徵——各具特色的半导体
器件大显身手

1.12存储器的大小对比——压缩技术

1.13DRAM的技术先导作用——从DRAM到CPU

1.14摩尔定律继续有效——山穷水尽疑无路，柳暗花明
又一村

1.15积体电路发明50周年历史回眸——两人一小步，
人类一大步

1.16微处理器发展历程——IC技术插上腾飞的翅膀

专题栏： 半导体IC工厂厂址应具备哪些条件

第2章IC如何进行计算与存储——CPU与存储器的工作原理

2.1双极性电晶体积体电路的结构——比CMOS速度更快

2.2N型与P型MOS的区别——电压和电流的正负号
变化一下即可

2.3何谓CMOS——最为普及的LSI

2.4电荷的积蓄方法——向DRAM“写入”

2.5DRAM的重写——从DRAM“读出”

2.6快闪记忆体之一——不易失存储器中电荷的积蓄方法

2.7快闪记忆体之二——半永久数据的存储

2.8加法计算——二进制法计算

2.9减法计算——利用“负数相对于2的补数表现”

2.10乘法计算——如何实现乘法器

2.11何谓NAND型——CMOS逻辑电路

2.12NOR型、AND型、OR型——各种类型的逻辑电路

2.13半导体的动力和功耗——IC内的电压以5V为中心

专题栏： 存储器更新换代的标誌是出现“比特剪刀差”

第3章半导体积体电路的製作工艺——IC工厂的实际体验

3.1半导体积体电路製作鸟瞰——开发顺序与製作工程

3.2IC製造的全工程——涉及前工程和后工程的五大工序

3.3“前”工程——製作带有电路的晶片

3.4G/W(Good?chip/Wafer，合格晶片/硅圆片)检测工程——判定
晶片是否合格

3.5如何定义成品率——对综合实力的检验

3.6“后”工程——从划片到成品检验

3.7IC设计图的製作——要做到技术先进性与市场需求兼顾

专题栏： 计算机模拟

第4章硅圆片的製作——前工程之一： 闪闪发光的单晶硅圆片

4.1高纯硅的製作——99.999999999%的超高纯

4.2拉制单晶硅——CZ法与FZ法

4.3硅圆片的製作——从单晶硅棒切成硅圆片

4.4研磨成闪闪发光的单晶硅圆片——决定形状和品质的重要关口

4.5硅圆片直径与有效晶片——以6~8英寸硅圆片为中心

4.6硅圆片的价格——如何降低晶片的价格

4.7外延硅圆片，SOI——提高器件性能的手段

专题栏： 超净工作间

第5章薄膜的製作——前工程之二： 重要的扩散工艺

5.1薄膜在IC中所起的作用——从绝缘到LSI的保护

5.2薄膜的製作方法——热氧化法、化学气相沉积（CVD）法、溅射
沉积法

5.3热氧化法——製取优良的绝缘膜

5.4化学气相沉积（CVD）法——利用化学触媒由气相反应沉积薄膜

5.5溅射沉积法——用物理气相沉积的办法製取薄膜

5.6杂质的扩散之一——热扩散法

5.7杂质的扩散之二——离子注入法

5.8热处理的目的何在——压入、平坦化、电气活性化

专题栏： 由机器人製作IC

第6章电路图形的製作——前工程之三： 掩模与刻蚀

6.1IC、LSI高集成化的关键——设计基準的进一步缩小

6.2涂布光刻胶——製取图形的第一步

6.3掩模图形的複製——曝光操作

6.4显影——複製图形的形成

6.5乾法刻蚀——刻蚀的进行过程

6.6湿法刻蚀——浸蚀法和旋转法

6.7平坦化技术——微细化不可缺少的技术

6.8铜布线——有单大马士革和双大马士革之分

6.9多层布线之一——高集成度的保证

6.10多层布线之二——已进展到第4代

专题栏： 清洗

第7章IC组装——后工程之一： 从划片到塑封

7.1划片——划分成一个一个的晶片

7.2装片作业——把晶片固定于框架中

7.3电极的连线与键合——引线键合方式

7.4无金丝键合——无引线键合方式

7.5封装的种类——IC的封装

7.6封装和按印——气密封装和非气密封装

7.7多引脚与高性能化——封装的进展极为迅速

7.8外形尺寸与晶片相同的晶圆级CSP——最适合用于便携设备

7.9系统封装SiP——SiP与SoC既相互竞争，又相互促进

7.10环境友好型封装——如何实现无铅化

7.11散热结构——如何将热量散出

7.12高密度多层基板——高密度封装的载体

专题栏： 半导体工厂的投资内容

第8章检验与测量——后工程之二： 多重检验

8.1检验、测量工程的全貌——各工序严格把关

8.2可靠性与筛选之一——加速试验

8.3可靠性与筛选之二——断线等的检验

专题栏： 分析与检测技术

第9章包罗万象的半导体——从非晶态到光积体电路

9.1ASIC是什幺——3种类型的单元阵列

9.2多达10层的多层布线——平坦化与层间导通孔

9.3所谓系统LSI（SoC）——多个LSI製作在同一块晶片上

9.4电子眼睛CCD——一维CCD、二维CCD

9.5半导体雷射器——光电子用光源

9.6何谓化合物半导体——Ⅲ?Ⅴ族化合物

9.7化合物半导体的套用——白光LED照明

9.8非晶态半导体——非晶态固体

9.9HEMT半导体——低电压、高速度

9.10超晶格半导体——自然界中不存在的半导体

9.11约瑟夫森半导体——利用超导性的元件

9.12光集成迴路和OE?IC——极有可能变为现实

专题栏： 半导体的未来

第10章最尖端的半导体技术——下一代的IC和LSI

10.1从一次式(步进式)曝光到扫描式曝光——以0.25μm为
分界线

10.2细到曝光线宽的极限——电子束曝光技术

10.3同步辐射光源——有希望的曝光光源

10.4採用多值化技术增大存储容量——採用四值的DRAM

10.5製作低电压型IC之一——比例定律

10.6CPU的高性能化——三极体数量增加和工作频率提高

10.7製作低电压型IC之二——降低功耗的关键

10.8新材料的导入——材料是半导体技术发展的关键

10.9纳米时代新技术——硅材料仍有潜力

10.10如何实现器件的高性能——同时从基板工程和布线工程
入手

附录IC製程常用缩略语注释

参考文献