晶體管是怎么生產(chǎn)出來(lái)的_芯片上晶體管怎么種植

　　晶體管是怎么生產(chǎn)出來(lái)的

　　下面我們來(lái)看看CPU中晶體管是怎么做出來(lái)的，步驟如下：

　?。?） 硅提純

　　生產(chǎn)CPU等芯片的材料是半導(dǎo)體，現(xiàn)階段主要的材料是硅Si，這是一種非金屬元素，從化學(xué)的角度來(lái)看，由于它處于元素周期表中金屬元素區(qū)與非金屬元素區(qū)的交界處，所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，適合于制造各種微小的晶體管，是目前最適宜于制造現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的材料之一。 　　在硅提純的過(guò)程中，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長(zhǎng)，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。以往的硅錠的直徑大都是300毫米，而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產(chǎn)。

　?。?）切割晶圓

　　硅錠造出來(lái)了，并被整型成一個(gè)完美的圓柱體，接下來(lái)將被切割成片狀，稱(chēng)為晶圓。晶圓才被真正用于CPU的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)CPU的內(nèi)核（Die）。一般來(lái)說(shuō)，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的CPU成品就越多。

　?。?）影?。≒hotolithography）

　　在經(jīng)過(guò)熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻（Photoresist）物質(zhì)，紫外線通過(guò)印制著CPU復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區(qū)域也受到光的干擾，必須制作遮罩來(lái)遮蔽這些區(qū)域。這是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，每一個(gè)遮罩的復(fù)雜程度得用10GB數(shù)據(jù)來(lái)描述。

　?。?）蝕刻（Etching）

　　這是CPU生產(chǎn)過(guò)程中重要操作，也是CPU工業(yè)中的重頭技術(shù)。蝕刻技術(shù)把對(duì)光的應(yīng)用推向了極限。蝕刻使用的是波長(zhǎng)很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長(zhǎng)的光將透過(guò)這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來(lái)停止光照并移除遮罩，使用特定的化學(xué)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硅。然后，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，以制造出N井或P井，結(jié)合上面制造的基片，CPU的門(mén)電路就完成了。

　?。?）重復(fù)、分層

　　為加工新的一層電路，再次生長(zhǎng)硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、蝕刻過(guò)程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。重復(fù)多遍，形成一個(gè)3D的結(jié)構(gòu)，這才是最終的CPU的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導(dǎo)體。Intel的Pentium 4處理器有7層，而AMD的Athlon 64則達(dá)到了9層。層數(shù)決定于設(shè)計(jì)時(shí)CPU的布局，以及通過(guò)的電流大小。

　?。?）封裝

　　這時(shí)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(gè)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(jié)構(gòu)各有不同，但越高級(jí)的CPU封裝也越復(fù)雜，新的封裝往往能帶來(lái)芯片電氣性能和穩(wěn)定性的提升，并能間接地為主頻的提升提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

　　芯片上晶體管怎么種植

　　首先，你得畫(huà)出來(lái)一個(gè)長(zhǎng)這樣的玩意兒給Foundry（外包的晶圓制造公司）

　　A，B是輸入，Y是輸出。其中藍(lán)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。

　　那晶體管（更正，題主的“晶體管”自199X年以后已經(jīng)主要是MOSFET，即場(chǎng)效應(yīng)管了）呢？

　　仔細(xì)看圖，看到里面那些白色的點(diǎn)嗎？那是襯底，還有一些綠色的邊框？那些是ActiveLayer（也即摻雜層。）然后Foundry是怎么做的呢？大體上分為以下幾步：

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

　　圖片按照生產(chǎn)步驟排列。但是步驟總結(jié)單獨(dú)寫(xiě)出：

　　1、濕洗（用各種試劑保持硅晶圓表面沒(méi)有雜質(zhì)）

　　2、光刻（用紫外線透過(guò)蒙版照射硅晶圓，被照到的地方就會(huì)容易被洗掉，沒(méi)被照到的地方就保持原樣。于是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案。注意，此時(shí)還沒(méi)有加入雜質(zhì)，依然是一個(gè)硅晶圓。）

　　3、離子注入（在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質(zhì)，不同雜質(zhì)根據(jù)濃度/位置的不同就組成了場(chǎng)效應(yīng)管。）

　　4.、干蝕刻（之前用光刻出來(lái)的形狀有許多其實(shí)不是我們需要的，而是為了離子注入而蝕刻的。現(xiàn)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(lái)的結(jié)構(gòu)，這一步進(jìn)行蝕刻）。

　　5、濕蝕刻（進(jìn)一步洗掉，但是用的是試劑，所以叫濕蝕刻）。---以上步驟完成后，場(chǎng)效應(yīng)管就已經(jīng)被做出來(lái)啦~但是以上步驟一般都不止做一次，很可能需要反反復(fù)復(fù)的做，以達(dá)到要求。---

　　6、等離子沖洗（用較弱的等離子束轟擊整個(gè)芯片）6、熱處理，其中又分為：

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

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