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芯片里面成千上万的晶体管,都是这么实现的

芯片里面成千上万的晶体管,都是这么实现的

都说半导体IC的生产,是全世界最伟大的发明!那一个芯片是怎样造出来的呢?

要想造个芯片, 首先, 你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry (外包的晶圆制造公司)

(此处担心有版权问题… 毕竟我也是拿别人钱干活的苦逼phd… 就不放全电路图了… 大家看看就好, 望理解!)



再放大...



我们终于看到一个门电路啦! 这是一个NAND Gate(与非门), 大概是这样:



A, B 是输入, Y是输出.  
其中蓝色的是金属1层, 绿色是金属2层, 紫色是金属3层, 粉色是金属4层...  
那晶体管(更正, 题主的"晶体管" 自199X年以后已经主要是 MOSFET, 即场效应管了 ) 呢?
仔细看图, 看到里面那些白色的点吗? 那是衬底, 还有一些绿色的边框? 那些是Active Layer (也即掺杂层.)
然后Foundry是怎么做的呢? 大体上分为以下几步:  
首先搞到一块圆圆的硅晶圆, (就是一大块晶体硅, 打磨的很光滑, 一般是圆的)
图片按照生产步骤排列. 但是步骤总结单独写出。
1、湿洗 (用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)
2、光刻 (用紫外线透过蒙版照射硅晶圆, 被照到的地方就会容易被洗掉, 没被照到的地方就保持原样. 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案. 注意, 此时还没有加入杂质, 依然是一个硅晶圆. )  
3、 离子注入 (在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质, 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管.)
4.1、干蚀刻 (之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的. 现在就要用等离子体把他们洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构, 这一步进行蚀刻)。
4.2、湿蚀刻 (进一步洗掉, 但是用的是试剂, 所以叫湿蚀刻)--- 以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦~ 但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做, 以达到要求 ---
5、等离子冲洗 (用较弱的等离子束轰击整个芯片)
6、热处理,其中又分为:
6.1、快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上, 然后慢慢地冷却下来, 为了使注入的离子能更好的被启动以及热氧化)
6.2、退火
6.3、热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) )
7、化学气相淀积(CVD), 进一步精细处理表面的各种物质
8、物理气相淀积 (PVD), 类似, 而且可以给敏感部件加coating
9、分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要这个..
10、电镀处理
11、化学/机械 表面处理然后芯片就差不多了, 接下来还要:  
12、晶圆测试
13、晶圆打磨就可以出厂封装了.我们来一步步看:
就可以出厂封装了.我们来一步步看:



1、上面是氧化层, 下面是衬底(硅) -- 湿洗



2、一般来说, 先对整个衬底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物质(最外层少一个电子), 作为衬底 -- 离子注入



3、先加入Photo-resist, 保护住不想被蚀刻的地方 -- 光刻







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