芯片一般是指集成電路的載體(ti) ，也是集成電路經過設計、製造、封裝、測試後的結果，通常是一個(ge) 可以立即使用的獨立的整體(ti) 。如果把中央處理器CPU比喻為(wei) 整個(ge) 電腦係統的心髒，那麽(me) 主板上的芯片組就是整個(ge) 身體(ti) 的軀幹。對於(yu) 主板而言，芯片組幾乎決(jue) 定了這塊主板的功能，進而影響到整個(ge) 電腦係統性能的發揮，芯片組是主板的靈魂。

那麽(me) 要想造個(ge) 芯片，首先，你得畫出來一個(ge) 長這樣的玩意兒(er) 給Foundry (外包的晶圓製造公司)▼

再放大▼

我們(men) 終於(yu) 看到一個(ge) 門電路啦! 這是一個(ge) NAND Gate(與(yu) 非門)，大概是這樣▼

A, B 是輸入, Y是輸出

其中藍色的是金屬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(ti) 管(“晶體(ti) 管”自199X年以後已經主要是 MOSFET, 即場效應管了 ) 呢？仔細看圖，看到裏麵那些白色的點嗎？那是襯底，還有一些綠色的邊框？那些是Active Layer (也即摻雜層)。

Foundry是怎麽(me) 做的呢? 大體(ti) 上分為(wei) 以下幾步:

首先搞到一塊圓圓的矽晶圓, (就是一大塊晶體(ti) 矽, 打磨的很光滑, 一般是圓的)

圖片按照生產(chan) 步驟排列. 但是步驟總結單獨寫(xie) 出.

1、濕洗(用各種試劑保持矽晶圓表麵沒有雜質)

2、光刻(用紫外線透過蒙版照射矽晶圓, 被照到的地方就會(hui) 容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣. 於(yu) 是就可以在矽晶圓上麵刻出想要的圖案. 注意, 此時還沒有加入雜質, 依然是一個(ge) 矽晶圓. )

3、 離子注入(在矽晶圓不同的位置加入不同的雜質, 不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管.)

4.1、幹蝕刻(之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們(men) 需要的，而是為(wei) 了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體(ti) 把他們(men) 洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構，這一步進行蝕刻).

4.2、濕蝕刻(進一步洗掉，但是用的是試劑， 所以叫濕蝕刻)—— 以上步驟完成後, 場效應管就已經被做出來啦，但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反複複的做，以達到要求。

5、等離子衝(chong) 洗(用較弱的等離子束轟擊整個(ge) 芯片)

6、熱處理，其中又分為(wei) ：

6.1 快速熱退火 (就是瞬間把整個(ge) 片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上, 然後慢慢地冷卻下來, 為(wei) 了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化)

6.2 退火

6.3 熱氧化 (製造出二氧化矽, 也即場效應管的柵極(gate) )

7、化學氣相澱積(CVD)，進一步精細處理表麵的各種物質

8、物理氣相澱積 (PVD)，類似，而且可以給敏感部件加coating

9、分子束外延 (MBE) 如果需要長單晶的話就需要。

10、電鍍處理

11、化學/機械表麵處理

12、晶圓測試

13、晶圓打磨就可以出廠封裝了。

再通過圖示來一步步看▼

1、上麵是氧化層, 下麵是襯底(矽)——濕洗

2、一般來說, 先對整個(ge) 襯底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物質(最外層少一個(ge) 電子)，作為(wei) 襯底——離子注入

3、先加入Photo-resist, 保護住不想被蝕刻的地方——光刻

4、上掩膜！ (就是那個(ge) 標注Cr的地方。中間空的表示沒有遮蓋，黑的表示遮住了。) —— 光刻

5、紫外線照上去，下麵被照得那一塊就被反應了——光刻

6、撤去掩膜——光刻

7、把暴露出來的氧化層洗掉, 露出矽層(就可以注入離子了)——光刻

8、把保護層撤去. 這樣就得到了一個(ge) 準備注入的矽片. 這一步會(hui) 反複在矽片上進行(幾十次甚至上百次)——光刻

9、然後光刻完畢後, 往裏麵狠狠地插入一塊少量(10^14 ~ 10^16 /cm^3) 注入的N型物質就做成了一個(ge) N-well (N-井)——離子注入

10、用幹蝕刻把需要P-well的地方也蝕刻出來，也可以再次使用光刻刻出來——幹蝕刻

11、上圖將P-型半導體(ti) 上部再次氧化出一層薄薄的二氧化矽—— 熱處理

12、用分子束外延處理長出的一層多晶矽，該層可導電——分子束外延

13、進一步的蝕刻，做出精細的結構。(在退火以及部分CVD)—— 重複3-8光刻 + 濕蝕刻

14、再次狠狠地插入大量(10^18 ~ 10^20 / cm^3) 注入的P/N型物質，此時注意MOSFET已經基本成型——離子注入

15、用氣相積澱 形成的氮化物層 —— 化學氣相積澱

16、將氮化物蝕刻出溝道——光刻 + 濕蝕刻

17、物理氣相積澱長出 金屬層——物理氣相積澱

18、將多餘(yu) 金屬層蝕刻。光刻 + 濕蝕刻重複 17-18 次長出每個(ge) 金屬層。

附圖的步驟在每幅圖的下麵標注，一共18步。

最終成型大概長這樣:

其中，步驟1-15 屬於(yu) 前端處理 (FEOL)，也即如何做出場效應管。步驟16-18 (加上許許多多的重複) 屬於(yu) 後端處理 (BEOL)，後端處理主要是用來布線。最開始那個(ge) 大芯片裏麵能看到的基本都是布線！一般一個(ge) 高度集中的芯片上幾乎看不見底層的矽片，都會(hui) 被布線遮擋住。

SOI (Silicon-on-Insulator) 技術：

傳(chuan) 統CMOS技術的缺陷在於(yu) ：襯底的厚度會(hui) 影響片上的寄生電容，間接導致芯片的性能下降。 SOI技術主要是將 源極/漏極 和 矽片襯底分開，以達到(部分)消除寄生電容的目的。

傳(chuan) 統：

SOI:

製作方法主要有以下幾種(主要在於(yu) 製作矽-二氧化矽-矽的結構，之後的步驟跟傳(chuan) 統工藝基本一致。)

1. 高溫氧化退火:

在矽表麵離子注入一層氧離子層

等氧離子滲入矽層, 形成富氧層

高溫退火

成型

或者是

2. Wafer Bonding(用兩(liang) 塊! )不是要做夾心餅幹一樣的結構嗎? 爺不差錢! 來兩(liang) 塊!

對矽2進行表麵氧化

對矽2進行氫離子注入對矽2進行氫離子注入

翻麵

將氫離子層處理成氣泡層將氫離子層處理成氣泡層

切割掉多餘(yu) 部分切割掉多餘(yu) 部分

成型 + 再利用

光刻

離子注入離子注入

微觀圖長這樣:

再次光刻+蝕刻

撤去保護, 中間那個(ge) 就是Fin撤去保護, 中間那個(ge) 就是Fin

門部位的多晶矽/高K介質生長門部位的多晶矽/高K介質生長

門部位的氧化層生長門部位的氧化層生長

長成這樣

源極 漏極製作(光刻+ 離子注入)

初層金屬/多晶矽貼片

蝕刻+成型

物理氣相積澱長出表麵金屬層(因為(wei) 是三維結構, 所有連線要在上部連出)

機械打磨(對! 不打磨會(hui) 導致金屬層厚度不一致)

成型! 成型!