芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的？

yuankunli · 发表于 2019-4-19 09:21:54

芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的？

2019年04月18日作者: satoll 1 272+
制造流程晶体管晶圆芯片

[blockquote]在 IC 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路，产生如下的电路图。之后，反覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正确为止。
[/blockquote]要想造个芯片, 首先, 你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry (外包的晶圆制造公司)

在 IC 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路，产生如下的电路图。之后，反覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正确为止。

控制单元合成后的结果

最后，将合成完的程式码再放入另一套 EDA tool，进行电路布局与绕线（Place And Route）。在经过不断的检测后，便会形成如下的电路图。图中可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。

完成电路布局与绕线的结果

然后Foundry是怎么做的呢? 大体上分为以下几步:
首先搞到一块圆圆的硅晶圆, (就是一大块晶体硅, 打磨的很光滑, 一般是圆的)
此处重新排版, 图片按照生产步骤排列. 但是步骤总结单独写出.
1. 湿洗 (用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)
2. 光刻 (用紫外线透过蒙版照射硅晶圆, 被照到的地方就会容易被洗掉, 没被照到的地方就保持原样. 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案. 注意, 此时还没有加入杂质, 依然是一个硅晶圆. )
3. 离子注入 (在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质, 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管.)
4.1干蚀刻 (之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的. 现在就要用等离子体把他们洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构, 这一步进行蚀刻).
4.2湿蚀刻 (进一步洗掉, 但是用的是试剂, 所以叫湿蚀刻).
--- 以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦~ 但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做, 以达到要求. ---
5 等离子冲洗 (用较弱的等离子束轰击整个芯片)
6 热处理, 其中又分为:
6.1 快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上, 然后慢慢地冷却下来, 为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化)
6.2 退火
6.3 热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) )
7 化学气相淀积(CVD), 进一步精细处理表面的各种物质
8 物理气相淀积 (PVD), 类似, 而且可以给敏感部件加coating
9 分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要这个..
10 电镀处理
11 化学/机械表面处理
然后芯片就差不多了, 接下来还要:
12 晶圆测试
13 晶圆打磨
就可以出厂封装了.
我们来一步步看:

1上面是氧化层, 下面是衬底(硅) -- 湿洗

2 一般来说, 先对整个衬底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物质(最外层少一个电子), 作为衬底 -- 离子注入

3先加入Photo-resist, 保护住不想被蚀刻的地方 -- 光刻

4.上掩膜! (就是那个标注Cr的地方. 中间空的表示没有遮盖, 黑的表示遮住了.) -- 光刻

5 紫外线照上去... 下面被照得那一块就被反应了 -- 光刻

6.撤去掩膜. -- 光刻

7 把暴露出来的氧化层洗掉, 露出硅层(就可以注入离子了) -- 光刻

8 把保护层撤去. 这样就得到了一个准备注入的硅片. 这一步会反复在硅片上进行(几十次甚至上百次). -- 光刻

9 然后光刻完毕后, 往里面狠狠地插入一块少量(10^14 ~ 10^16 /cm^3) 注入的N型物质，就做成了一个N-well (N-井) -- 离子注入

转自爱板网：https://www.eeboard.com/news/190418-2/