晶片有幾十億個電晶體,連接電晶體之間的導線是什麼材料做成的?

2020-12-04 奇葩的家庭往事家常

晶片製造非常複雜。幾十億個電晶體也不是我們想像的人為放進去的,而是直接在晶圓上通過光刻、蝕刻化學反應生成的電晶體(各種PN結)。同樣,連接電晶體的導線也不是像布線一樣布進去的。是通過離子注入和電鍍完成的,這個材料是我們最常見的銅。要理解導線如何生成,得先了解一下晶片電晶體的生成。1、晶片中幾十億電晶體的生成我們都知道,現在的晶片都是納米級別的。一個晶片上有數十億的電晶體。很多人會覺得電晶體是電子市場買的一個電阻一樣,是一個小器件。其實,這樣理解就很難想像晶片如何生成幾十億個電晶體。要想理解這個電晶體,你需要將電晶體理解成PN節半導體。

所謂的PN節半導體,就是在矽晶體上滲入少量的雜質,比如硼元素、磷元素之類的,讓原本中性的貴晶體變成了電子開關。也就是因為雜質元素和矽共用價電子,導致多出來1個自由電子或者多了1個空穴(少了1個電子)。有了對PN節半導體的了解,晶片上幾十億電晶體怎麼生成就很容易理解了。主要分為以下幾個步驟:光刻,是通過光刻機,將設計師事先設計的電路圖,完整的顯影到晶圓上。蝕刻,通過蝕刻按照事先設計的電路圖,溶解掉不需要的部分,露出需要進行改造的部分晶體矽離子注入:這個就是在晶體矽中滲入雜質,在蝕刻完成後的晶圓上,按照電路圖對規定區域進行離子注入,使得在電路圖中電晶體部分形成大大小小數十億個PN節,也就是電晶體。

所以,晶片中的電晶體是通過這樣的步驟直接在晶圓上生成的。並不是外部電晶體放進去的。2、晶片中的導線生成通過前面了解到晶片中電晶體的生成了。我們再來理解導線的生成就更好理解了。我們的導線其實不是放置一條導線進去的,而是通過注入銅來完成的。離子注入:在離子注入階段,我們需要用光刻膠來保護不需要被注入的區域,也包括我們這個導線生成的區域。也就是或,離子注入後,我們的導線區域其實就是一個微小的凹槽。當然,由於我們晶片是很多層的,在這一層上還需要塗上絕緣層。並在絕緣層上預留幾個洞。電鍍銅:離子注入完成後,預留的幾個洞這個時候起作用了,我們就通過這個洞,電鍍一層硫酸銅上去,銅離子會通過這個洞從電晶體的正極流向負極,最後在晶圓上導線部分沉澱出一個銅層。

這就是題主要的連接電晶體的導線。拋光:前面電鍍的時候,銅也會蔓延到絕緣層上面,這是晶片不需要的。所以,我們通過拋光手續,將多餘的銅層刮掉。通過這樣的方式,我們晶片中的導線就生成完成了。多層晶片需要重複每一層的所有動作,以完成每一層的電路製作。總結綜上所述,我們的晶片中數十億的電晶體是直接化學生成的,連接電晶體的導線也是通過離子注入、電鍍、拋光來完成的。而最後現成的材料是銅。

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