芯片内部制造工艺详解

注释：文章来自于电子发烧友，仅作技术分享学习

芯片制造的整个过程包括芯片设计、芯片制造、封装制造、测试等。芯片制造过程特别复杂。首先是芯片设计，根据设计要求，生成“图案”

1、晶片材料

硅片的成分是硅，硅由石英砂精制而成。硅片经硅元素（99．999％）提纯后制成硅棒，成为制造集成电路的石英半导体材料。芯片是芯片制造所需的特定晶片。晶圆越薄，生产成本就越低，但对工艺的要求就越高。

2、晶圆涂层

晶圆涂层可以抵抗氧化和温度，其材料是一种光致抗蚀剂。

3、晶圆光刻显影、蚀刻

首先，在晶圆（或基板）表面涂覆一层光刻胶并干燥。干燥的晶片被转移到光刻机上。通过掩模，光将掩模上的图案投射到晶圆表面的光刻胶上，实现曝光和化学发光反应。曝光后的晶圆进行二次烘烤，即所谓曝光后烘烤，烘烤后的光化学反应更为充分。

最后，显影剂被喷在晶圆表面的光刻胶上以形成曝光图案。显影后，掩模上的图案保留在光刻胶上。糊化、烘烤和显影都是在均质显影剂中完成的，曝光是在平版印刷机中完成的。均化显影机和光刻机一般都是在线操作，晶片通过机械手在各单元和机器之间传送。

整个曝光显影系统是封闭的，晶片不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。

4、添加杂质

相应的 p 和 n 半导体是通过向晶圆中注入离子而形成的。

具体工艺是从硅片上的裸 露区域开始，将其放入化学离子混合物中。这个过程将改变掺杂区的传导模式，使每个晶体管都能打开、关闭或携带数据。一个简单的芯片只能使用一层，但一个复杂的芯片通常有许多层。

此时，该过程连续重复，通过打开窗口可以连接不同的层。这与多层 pcb 的制造原理类似。更复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层。此时，它是通过重复光刻和上述工艺来实现的，形成一个三维结构。

5、晶圆

经过上述处理后，晶圆上形成点阵状晶粒。用针法测试了各晶粒的电学性能。一般来说，每个芯片都有大量的晶粒，组织一次 pin 测试模式是一个非常复杂的过程，这就要求尽可能批量生产相同规格型号的芯片。数量越大，相对成本就越低，这也是主流芯片设备成本低的一个因素。6、封装

同一片芯片芯可以有不同的封装形式，其原因是晶片固定，引脚捆绑，根据需要制作不同的封装形式。例如：DIP、QFP、PLCC、QFN 等，这主要取决于用户的应用习惯、应用环境、市场形态等外围因素。

6、测试和包装

经过上述过程，芯片生产已经完成。这一步是测试芯片，去除有缺陷的产品，并包装。

芯片中晶体管到底是个什么东西？

简而言之，晶体管就是个可变电阻。

从英文上解释，transistor（晶体管 ）可以看作是 transfer（转移） - resistor（电阻器）的组合，它是一种调节电流或电压的装置，可以开关或放大信号，作为集成电路中的基本元素，集成电路由大量与电路互连的晶体管组成。最新的英特尔 CPU 中的晶体管就长下面这个样子：

可能大家看的还是一脸懵逼，那打个简单比方，电流就像水的流量，电压就是水的压力，相同管径下，水压越大，水的流量也就越大，相同水压下，管径越小，水的流量就越小（注意是流量，不是流速，想想把水龙头开小和开大放一桶水需要的时间，显然开小时需要用时更多）。

晶体管就像水管中的水阀，可以用来控制流量的机制。这个水阀通常有三种状态：

①全开——水没有任何限制流动

②全关——完全阻止水的流动了

③流量控制——控制水阀开关程度，让水在某个流量下流动

晶体管可以做同样的事情，在完全关闭（开路）和完全开路（短路）之间的某个点线性控制电路中的电流。水管管径的大小与电路中的电阻类似，如果一个阀门可以精确调节管道的大小，那么晶体管可以精确调节两极之间的电阻。

所以，从某种意义上说，晶体管就像一个可变电阻。

至于晶体管是怎么做成的，那就不是只言片语能说完的，基本上沙子的进化之旅，也是芯片技术中最难的制造技术了。