本书以芯片制程的全流程为主线，系统性为读者揭秘半导体制程工艺及关键设备的原理与创新方向，帮助读者洞悉支撑数字世界的微观基石的创造过程，理解发生在纳米尺度的科技革命如何重塑我们的现在与未来。全书共 18 章，以“历史趋势→核心原理→关键工艺→支撑设备→产业竞争”为呈现脉络，构建了从一粒沙到一颗芯片的完整知识图谱。

第?1?章 硅基文明简史―构建数字世界的原子革命 1
1．1 量子纪元的物质基石 2
1．1．1 半导体物理导电魔法 2
1．1．2 半导体材料的周期律密码 3
1．1．3 从锗时代到硅帝国 3
1．1．4 纳米世界的“基建”产业链全息图 5
1．2 芯片战争―大国博弈的微观战场 8
1．2．1 硅谷霸权―美国半导体产业的“三维护城河” 8
1．2．2 昭和芯片纪元―日本半导体的巅峰与陨落 10
1．2．3 汉江奇迹―韩国的半导体“豪赌” 12
1．2．4 龙腾时代―中国半导体的纳米突围 13
1．3 星辰大海―半导体文明的下一个奇点 15
第?2?章 硅基生命的“成仙术” 17
2．1 摩尔定律―纳米宇宙的创世法典 18
2．1．1 支撑?18?个月性能翻倍的量子法宝 18
2．1．2 从平面到三维的架构革命 19
2．2 从沙子到芯片的全息解码 20
2．2．1 半导体制造十亿分之一“量子容错率”的挑战 21
2．2．2 芯片诞生八重进化论 22
2．3 后摩尔时代 35
2．3．1 生成式?AI?重构芯片?DNA 35
2．3．2 摩尔定律的极限与应对 36
第?3?章 点沙成晶的魔法之旅 37
3．1 11?个?9?的极致追求―超纯硅诞生记 38
3．1．1 多晶硅炼制大揭秘―三氯氢硅的量子跃迁 39
3．1．2 单晶生长的量子奇迹 41
3．2 单晶炉黑科技全解 42
3．2．1 高温剧场的组成―可承受?1600℃的主炉体 44
3．2．2 硅基生命之种―籽晶提升系统的机械芭蕾 44
3．2．3 晶体转移的秘密通道―副室旋转机构 46
3．2．4 智能调控的提升旋转升降台―坩埚提升旋转系统 46
3．2．5 堪比月球表面更极致的环境―真空系统机构 47
3．2．6 打造隐形防护罩―氩气系统 47
3．2．7 从岩浆到冰晶的瞬间转换―冷却系统 48
3．3 单晶炉的四幕剧场―单晶炉工作原理 48
3．4 全球单晶炉家族图谱 50
第?4?章 从硅棒到“电子画布”晶圆 53
4．1 电子世界的画布―晶圆是什么 54
4．2 硅棒到晶圆加工的?8?道工序―芯片材料预处理 54
4．3 晶圆家族分类 58
4．4 晶圆构造解剖 60
4．5 切片机的门派分类 61
4．5．1 结构派系 61
4．5．2 刀片兵器谱 61
4．6 切片机拆解手册 62
4．7 当硅棒遇见纳米手术刀―切割原理揭秘 64
4．8 切片机品牌风云 65
第?5?章 晶圆原子级镜面革命 67
5．1 研磨抛光机的使命 68
5．2 化学与机械的双人舞―CMP?工艺 68
5．3 CMP?设备解剖 69
5．3．1 CMP?设备物理模块 69
5．3．2 CMP?设备的系统组成 71
5．3．3 耗材?X?剑客―CMP?工艺所需材料 72
5．3．4 抛光片检测及影响抛光片质量的因素 72
5．4 全球?CMP?设备竞技场 73
第?6?章 纳米印刷革命―光刻机的量子雕刻艺术 75
6．1 硅基世界的蓝图印刷术―光刻本质解密 76
6．2 半导体界的皇冠明珠―光刻机的江湖地位 78
6．3 光刻界圣典―五大黄金法则 79
6．3．1 光波“指纹”―Airy?斑的形成原理 79
6．3．2 光能量密码―Airy?斑强度分布的贝塞尔函数 79
6．3．3 衍射枷锁―阿贝衍射极限理论 81
6．3．4 分辨率法则―瑞利准则或判据 81
6．3．5 光刻双刃剑―光刻界的瑞利公式 83
6．4 提高光刻效果的五大秘籍 86
6．4．1 采用更短波长的光源―从?g?线到?EUV?的升维 87
6．4．2 增大数值孔径，NA?从?0．3?向?0．55?攀登 88
6．4．3 将?k1?系数逼向物理极限 89
6．4．4 纳米级景深控制，合理控制焦深?DOF 92
6．4．5 控制套刻精度，创造?10?层楼对齐误差＜3nm?的奇迹 92
6．5 光刻机类型演进划分 93
6．6 光刻机?5?代曝光技术的演进 93
6．6．1 石器时代―第一代接触式曝光 93
6．6．2 青铜时代―第二代接近式曝光 94
6．6．3 铁器时代―第三代投影式曝光 95
6．6．4 工业革命―第四代扫描投影式/步进重复式曝光 96
6．6．5 量子时代―第五代?EUV?光刻曝光 98
6．6．6 智慧补丁―五代之上的多重曝光，突破物理极限的折中方案 99
6．7 光刻机“超级工厂”解剖 100
6．7．1 人造太阳―光源系统 100
6．7．2 纳米底片―光掩膜版 102
6．7．3 光学圣殿―光学系统 105
6．7．4 双工件台―精度±0．1nm?的空中芭蕾场 106
6．7．5 对准系统―识别＜1nm?的标记点 107
6．8 光刻工艺全流程拆解 109
6．8．1 HMDS?气相成底膜―硅片表面改性术 110
6．8．2 旋转涂胶―纳米级光刻胶涂层（厚度误差＜1nm） 110
6．8．3 软烘―95℃热板上的分子重组 111
6．8．4 对准/曝光 111
6．8．5 后烘―化学反应的精准刹车 112
6．8．6 显影―溶解未曝光区域的分子剪刀 112
6．8．7 坚膜（Hard Bake）烘焙―150℃烘烤打造永久浮雕 115
6．8．8 显影检测―电子显微镜下的缺陷狩猎 115
6．9 光刻江湖争霸 116
第?7?章 晶圆涂胶的微米级艺术 119
7．1 涂胶五部曲 120
7．2 涂胶设备主要厂家 122
第?8?章 微观世界的雕刻艺术―晶圆刻蚀 125
8．1 刻蚀机的类型划分 126
8．1．1 化学溶液的精准“卸妆”―湿法刻蚀 126
8．1．2 原子级“离子风暴”―干法刻蚀 128
8．2 刻蚀机的“超级工厂”构成 130
8．3 等离子刻蚀工艺四部曲 132
8．4 打破技术垄断的中国刻蚀军团 133
8．5 刻蚀技术的星辰大海 134
第?9?章 纳米级薄膜沉积全揭秘 135
9．1 纳米科技植入技术―薄膜沉积 136
9．2 薄膜沉积三大分类 136
9．2．1 堪比制造纳米世界的金属雪花―物理气相沉积 136
9．2．2 犹如气体分子在芯片表面的精准自组装―化学气相沉积 140
9．2．3 如同逐个捏放纳米原子的?3D?打印―原子层沉积 145
9．3 主要厂商及产品 147
9．4 薄膜沉积技术发展趋势 149
9．4．1 材料革命 149
9．4．2 集成化 150
第?10?章 晶圆“导电基因”―晶圆掺杂 151
10．1 材料的导电性能―导体、半导体、绝缘体 152
10．2 为什么要在晶圆中掺杂 153
10．3 PN?结的特性 155
10．4 掺杂双雄―离子注入与扩散 156
10．5 离子注入 156
10．5．1 工作原理 156
10．5．2 离子注入机的主要组成单元 157
10．6 扩散过程与扩散炉 159
10．6．1 五步元素扩散渗透术 159
10．6．2 扩散炉的五大核心构成 161
10．7 掺杂界的奥林匹克竞赛 163
第?11?章 晶圆清洗的极致纯净追求 165
11．1 晶圆清洗的终极使命 166
11．1．1 纳米级大扫除 166
11．1．2 晶圆表面去角质与精华导入 167
11．2 清洗技术 167
11．2．1 湿法清洗技术 167
11．2．2 干法清洗技术 168
11．2．3 干燥技术 169
11．3 清洗设备的秘密武器库 170
11．3．1 百级洁净度的清洗腔室 170
11．3．2 化学药液系统 170
11．3．3 超纯水系统 171
11．3．4 干燥模块 171
11．3．5 传送与机械臂 172
11．3．6 控制系统 172
第?12?章 芯片的“纳米级尺子”―晶圆膜厚测量仪 173
12．1 三把看不见的纳米尺 174
12．1．1 椭圆偏振法 174
12．1．2 反射光谱法 175
12．1．3 X?射线反射法 175
12．2 晶圆膜厚测量仪的五大感官系统 176
12．3 测量界的“三巨头” 177
第?13?章 芯片的“纳米级?X?光机”CD-SEM 179
13．1 CD-SEM?的四大超能力 180
13．2 CD-SEM?的六大感官系统 181
13．3 CD-SEM?工作四步曲 184
13．4 国际知名厂家 185
第?14?章 晶圆测试与探针台全揭秘 187
14．1 芯片的“高考”―晶圆测试 188
14．2 芯片探针台四大体检项目 190
14．3 探针台精密六大部件 191
14．4 晶圆测试的五部曲 194
14．5 行业主要厂家 195
第?15?章 晶圆划片的技术解密 199
15．1 划片五步骤 200
15．2 多元分类的技术与场景 203
15．3 划片机?5?个关键构成 204
第?16?章 晶圆键合技术解密 207
16．1 晶圆键合?7?剑客 208
16．2 晶圆键合六部曲―从定位到质检的完美闭环 211
16．3 晶圆键合机的六大核心结构 212
第?17?章 封测设备实现芯片的“终极铠甲” 215
17．1 封装与测试―芯片世界的盾与剑 216
17．2 芯片封装工艺演进 217
17．2．1 传统封装 217
17．2．2 先进封装 221
17．3 芯片封装的“五大神兵” 225
17．4 芯片性能测试系统组成 227
17．5 封测界的主要厂家 228
17．6 技术趋势 229
第?18?章 科技自信，芯路必胜 231
18．1 中国?ICT?产业发展启示 232
18．1．1 历史回眸―逆袭的三部曲 232
18．1．2 转型密码―何以实现范式跃迁 232
18．1．3 新能源汽车的同频共振发展 233
18．1．4 对半导体产业的核心启示 233
18．2 中国半导体产业全景图―量变到质变的临界点 234
18．3 “工艺-设备-材料”三位一体的中国创新模式 236
18．4 中国半导体人才的成长路径与时代机遇 237
18．5 迈向硅基文明新时代的中国贡献 239
结语　从中国自强到贡献人类 240
参考文献 241