電晶體是怎麼生產出來的_晶片上電晶體怎麼種植

2020-11-25 電子發燒友

電晶體是怎麼生產出來的_晶片上電晶體怎麼種植

網絡整理 發表於 2020-03-14 10:22:32

　　電晶體是怎麼生產出來的

　　下面我們來看看CPU中電晶體是怎麼做出來的，步驟如下：

　　（1） 矽提純

　　生產CPU等晶片的材料是半導體，現階段主要的材料是矽Si，這是一種非金屬元素，從化學的角度來看，由於它處於元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處，所以具有半導體的性質，適合於製造各種微小的電晶體，是目前最適宜於製造現代大規模集成電路的材料之一。 　　在矽提純的過程中，原材料矽將被熔化，並放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐裡放入一顆晶種，以便矽晶體圍著這顆晶種生長，直到形成一個幾近完美的單晶矽。以往的矽錠的直徑大都是300毫米，而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產。

　　（2）切割晶圓

　　矽錠造出來了，並被整型成一個完美的圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用於CPU的製造。所謂的「切割晶圓」也就是用機器從單晶矽棒上切割下一片事先確定規格的矽晶片，並將其劃分成多個細小的區域，每個區域都將成為一個CPU的內核（Die）。一般來說，晶圓切得越薄，相同量的矽材料能夠製造的CPU成品就越多。

　　（3）影印（Photolithography）

　　在經過熱處理得到的矽氧化物層上面塗敷一種光阻（Photoresist）物質，紫外線通過印製著CPU複雜電路結構圖樣的模板照射矽基片，被紫外線照射的地方光阻物質溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區域也受到光的幹擾，必須製作遮罩來遮蔽這些區域。這是個相當複雜的過程，每一個遮罩的複雜程度得用10GB數據來描述。

　　（4）蝕刻（Etching）

　　這是CPU生產過程中重要操作，也是CPU工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的應用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來停止光照並移除遮罩，使用特定的化學溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層矽。然後，曝光的矽將被原子轟擊，使得暴露的矽基片局部摻雜，從而改變這些區域的導電狀態，以製造出N井或P井，結合上面製造的基片，CPU的門電路就完成了。

　　（5）重複、分層

　　為加工新的一層電路，再次生長矽氧化物，然後沉積一層多晶矽，塗敷光阻物質，重複影印、蝕刻過程，得到含多晶矽和矽氧化物的溝槽結構。重複多遍，形成一個3D的結構，這才是最終的CPU的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導體。Intel的Pentium 4處理器有7層，而AMD的Athlon 64則達到了9層。層數決定於設計時CPU的布局，以及通過的電流大小。

　　（6）封裝

　　這時的CPU是一塊塊晶圓，它還不能直接被用戶使用，必須將它封入一個陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結構各有不同，但越高級的CPU封裝也越複雜，新的封裝往往能帶來晶片電氣性能和穩定性的提升，並能間接地為主頻的提升提供堅實可靠的基礎。

　　晶片上電晶體怎麼種植

　　首先，你得畫出來一個長這樣的玩意兒給Foundry（外包的晶圓製造公司）

　　A，B是輸入，Y是輸出。其中藍色的是金屬1層，綠色是金屬2層，紫色是金屬3層，粉色是金屬4層。

　　那電晶體（更正，題主的「電晶體」自199X年以後已經主要是MOSFET，即場效應管了）呢？

　　仔細看圖，看到裡面那些白色的點嗎？那是襯底，還有一些綠色的邊框？那些是ActiveLayer（也即摻雜層。）然後Foundry是怎麼做的呢？大體上分為以下幾步：

　　首先搞到一塊圓圓的矽晶圓，（就是一大塊晶體矽，打磨的很光滑，一般是圓的）

　　圖片按照生產步驟排列。但是步驟總結單獨寫出：

　　1、溼洗（用各種試劑保持矽晶圓表面沒有雜質）

　　2、光刻（用紫外線透過蒙版照射矽晶圓，被照到的地方就會容易被洗掉，沒被照到的地方就保持原樣。於是就可以在矽晶圓上面刻出想要的圖案。注意，此時還沒有加入雜質，依然是一個矽晶圓。）

　　3、離子注入（在矽晶圓不同的位置加入不同的雜質，不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管。）

　　4.、幹蝕刻（之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的，而是為了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體把他們洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構，這一步進行蝕刻）。

　　5、溼蝕刻（進一步洗掉，但是用的是試劑，所以叫溼蝕刻）。---以上步驟完成後，場效應管就已經被做出來啦~但是以上步驟一般都不止做一次，很可能需要反反覆覆的做，以達到要求。---

　　6、等離子衝洗（用較弱的等離子束轟擊整個晶片）6、熱處理，其中又分為：

　　7、快速熱退火（就是瞬間把整個片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上，然後慢慢地冷卻下來，為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化）

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