「矽基晶片」製作過程，上億電晶體如何安裝，不光是用高端光刻機

想要知道電晶體如何安裝的，我們就要知道電晶體的工作原理，我們都知道，計算機只能識別二進位0和1的指令，也就是開和關，在晶片還沒有誕生的時候，我們只能通過模擬電路的開關期間來實現。當然，這根本不可能執行強大的邏輯運算，只能執行簡單的或、與、非等邏輯運算的處理。

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隨著納米科技的發展，集成電路被推上發展風口，矽基晶片的體積變得越來越小，裡面包含的電晶體也越來越多，根據摩爾定律，意味著性能也變得越來越強。拿目前蘋果公布的A13處理器來說，裡面就包含85億個電晶體，根據蘋果稱，該處理器的運算性能能達到1萬億次/秒，目前在售的手機晶片中，屬於頂端的存在。

那麼一個只有1cm平方大小的晶片，是如何上億的電晶體安裝上去的，在很多人來看覺得這是一個不可思議的事情。但是在了解了製作工藝後，大家可能覺得就沒有那麼複雜了。

第一階段：晶圓的製作—微小但非常重要的成員--沙子

晶片的製作要先從最簡單的沙子說起，晶片中需要用到的晶圓就是由沙子中提煉而成的，而選擇沙子的原因主要是沙子中的矽含量非常高，而且也是最經濟實惠的一款材料（這也解答了很多網友疑問的，為什麼美國人那麼聰明，怎麼想到用沙子來做晶片的原因了，其實都是通過不同的測試得出來的結論）。

晶圓的製作—矽圓提煉和打磨

通過將沙子的雜質和其他物質，比如鈣鎂鋅等剔除之後，再通過碳氧化工藝可以提煉出一個比較純淨的矽，而想要得到一個想要製作晶片的矽棒，就必須多次提煉，使其的矽純度達到99.999%以上，並且經過嚴格工藝的打磨，最後形成一個圓形的矽棒。

第二階段：矽基晶片的製作（一）

• 切片

提純之後的矽棒想要變成矽圓，我們需要將其進行切片，切片加工完成之後的就是矽圓，單個矽圓根據大小不同，最大的可以達到450mm。也就意味著單次能夠生產出更多的晶片。

• 拋光、覆光刻膠

拋光的目的是為了能讓晶圓的表面更加光滑，這也是為了保證後面晶片加工出來的合格率，一般晶圓的表面平整度在0.2nm以上，表面比鏡子還要亮。打磨完成之後就需要滴上光刻膠了，這樣的目的是為了讓曝光的地方通過紫外線的照射後更容易溶解。

• 光刻

光刻就是將設計好的電路通過掩蓋板照射在晶圓上。用透鏡將電路圖縮小，這種方式類似於投影的方式，只不過這個是縮小形式的。

• 顯影

光刻完之後，通過顯影工序就能將被光刻膠照射過的地方衝洗掉，沒有被照射過的地方就會被完整地保留下來。

• 刻蝕

接下來就是刻蝕了，在這個步驟中沒有被光刻膠保護的氧化矽和氮化矽部分會被腐蝕掉。在進行多次腐蝕之後，會填入一層二氧化矽作為絕緣層，這個整個電路就被蝕刻出來了。

• 離子注入

用同樣的方法，在圓晶上塗上光刻膠，再利用光刻、顯影技術，把需要離子注入的部分空出來，其他部分通過光刻膠保護。通過離子束注入到裸露的矽基底上（上圖灰色部分），從而改變矽表面的極性。

第三階段：連接各個電晶體

以上工序完成後，電晶體就算完成了，但是想要這些電晶體工作起來，就需要將這些線路連接起來，通過注入金屬鎢或者銅作為導線填充到晶片的電路中。如果這個晶片是多層的，那麼可能要重複多遍上面的工藝才能製作出來。

​第四階段：測試封裝

最後就是將晶片進行切割得到die，最後通過測試之後，將這些die進行分類，不良品需要丟棄，而有缺陷的產品可以通過屏蔽核心或者其他方式進行分類。屏蔽核心後繼續測試合格的將按照不同的性能和功能進行出售。