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芯片中晶体管到底是个什么东西?芯片内部制造工艺详解

2020年02月05日 17:31 次阅读

芯片内部是如何做的

芯片内部制造工艺:

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。

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