如今隨著芯片製程的不斷提升，芯片中可以有100多億(yi) 個(ge) 晶體(ti) 管，如此之多的晶體(ti) 管，究竟是如何安上去的呢？

這是一個(ge) Top-down View 的SEM照片，可以非常清晰的看見CPU內(nei) 部的層狀結構，越往下線寬越窄，越靠近器件層。

這是CPU的截麵視圖，可以清晰的看到層狀的CPU結構，芯片內(nei) 部采用的是層級排列方式，這個(ge) CPU大概是有10層。其中最下層為(wei) 器件層，即是MOSFET晶體(ti) 管。

Mos管在芯片中放大可以看到像一個(ge) “講台”的三維結構，晶體(ti) 管是沒有電感、電阻這些容易產(chan) 生熱量的器件的。最上麵的一層是一個(ge) 低電阻的電極，通過絕緣體(ti) 與(yu) 下麵的平台隔開，它一般是采用了P型或N型的多晶矽用作柵極的原材料，下麵的絕緣體(ti) 就是二氧化矽。

平台的兩(liang) 側(ce) 通過加入雜質就是源極和漏極，它們(men) 的位置可以互換，兩(liang) 者之間的距離就是溝道，就是這個(ge) 距離決(jue) 定了芯片的特性。

當然，芯片中的晶體(ti) 管不僅(jin) 僅(jin) 隻有Mos管這一種類，還有三柵極晶體(ti) 管等，晶體(ti) 管不是安裝上去的，而是在芯片製造的時候雕刻上去的。

在進行芯片設計的時候，芯片設計師就會(hui) 利用EDA工具，對芯片進行布局規劃，然後走線、布線。

如果我們(men) 將設計的門電路放大，白色的點就是襯底, 還有一些綠色的邊框就是摻雜層。

晶圓代工廠就是根據芯片設計師設計好的物理版圖進行製造。

芯片製造的兩(liang) 個(ge) 趨勢，一個(ge) 是晶圓越來越大，這樣就可以切割出更多的芯片，節省效率，另外就一個(ge) 就是芯片製程，製程這個(ge) 概念，其實就是柵極的大小，也可以稱為(wei) 柵長，在晶體(ti) 管結構中，電流從(cong) Source流入Drain，柵極（Gate）相當於(yu) 閘門，主要負責控製兩(liang) 端源極和漏級的通斷。

電流會(hui) 損耗，而柵極的寬度則決(jue) 定了電流通過時的損耗，表現出來就是手機常見的發熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。而柵極的最小寬度（柵長），也就是製程。

縮小納米製程的用意，就是可以在更小的芯片中塞入更多的電晶體(ti) ，讓芯片不會(hui) 因技術提升而變得更大。

但是我們(men) 如果將柵極變更小，源極和漏極之間流過的電流就會(hui) 越快，工藝難度會(hui) 更大。

芯片製造過程共分為(wei) 七大生產(chan) 區域，分別是擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、拋光、金屬化，光刻和刻蝕是其中最為(wei) 核心的兩(liang) 個(ge) 步驟。

而晶體(ti) 管就是通過光刻和蝕刻雕刻出來的，光刻就是把芯片製作所需要的線路與(yu) 功能區做出來。

利用光刻機發出的光通過具有圖形的光罩對塗有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光後會(hui) 發生性質變化，從(cong) 而使光罩上得圖形複印到薄片上，從(cong) 而使薄片具有電子線路圖的作用。

這就是光刻的作用，類似照相機照相。照相機拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。

刻蝕是使用化學或者物理方法有選擇地從(cong) 矽片表麵去除不需要材料的過程。通常的晶圓加工流程中，刻蝕工藝位於(yu) 光刻工藝之後，有圖形的光刻膠層在刻蝕中不會(hui) 受到腐蝕源的顯著侵蝕，從(cong) 而完成圖形轉移的工藝步驟。刻蝕環節是複製掩膜圖案的關(guan) 鍵步驟。

而其中，還涉及到的材料就是光刻膠，我們(men) 要知道電路設計圖首先通過激光寫(xie) 在光掩模板上，然後光源通過掩模板照射到附有光刻膠的矽片表麵，引起曝光區域的光刻膠發生化學效應，再通過顯影技術溶解去除曝光區域或未曝光區域，使掩模板上的電路圖轉移到光刻膠上，最後利用刻蝕技術將圖形轉移到矽片上。

而光刻根據所采用正膠與(yu) 負膠之分，劃分為(wei) 正性光刻和負性光刻兩(liang) 種基本工藝。在正性光刻中，正膠的曝光部分結構被破壞，被溶劑洗掉，使得光刻膠上的圖形與(yu) 掩模版上圖形相同。

相反地，在負性光刻中，負膠的曝光部分會(hui) 因硬化變得不可溶解，掩模部分則會(hui) 被溶劑洗掉，使得光刻膠上的圖形與(yu) 掩模版上圖形相反。

我們(men) 可以簡單地從(cong) 微觀上講解這個(ge) 步驟。

在塗滿光刻膠的晶圓（或者叫矽片）上蓋上事先做好的光刻板，然後用紫外線隔著光刻板對晶圓進行一定時間的照射。原理就是利用紫外線使部分光刻膠變質，易於(yu) 腐蝕。

溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除後留下的圖案和掩模上的一致。

“刻蝕”是光刻後，用腐蝕液將變質的那部分光刻膠腐蝕掉（正膠），晶圓表麵就顯出半導體(ti) 器件及其連接的圖形。然後用另一種腐蝕液對晶圓腐蝕，形成半導體(ti) 器件及其電路。

清除光刻膠：蝕刻完成後，光刻膠的使命宣告完成，全部清除後就可以看到設計好的電路圖案。

而100多億(yi) 個(ge) 晶體(ti) 管就是通過這樣的方式雕刻出來的，晶體(ti) 管可用於(yu) 各種各樣的數字和模擬功能，包括放大，開關(guan) ，穩壓，信號調製和振蕩器。

晶體(ti) 管越多就可以增加處理器的運算效率；再者，減少體(ti) 積也可以降低耗電量；最後，芯片體(ti) 積縮小後，更容易塞入行動裝置中，滿足未來輕薄化的需求。

芯片晶體(ti) 管橫截麵

到了3nm之後，目前的晶體(ti) 管已經不再適用，目前，半導體(ti) 行業(ye) 正在研發nanosheet FET（GAA FET）和nanowire FET（MBCFET），它們(men) 被認為(wei) 是當今finFET的前進之路。

三星押注的是GAA環繞柵極晶體(ti) 管技術，台積電目前還沒有公布其具體(ti) 工藝細節。三星在2019年搶先公布了GAA環繞柵極晶體(ti) 管，根據三星官方的說法，基於(yu) 全新的GAA晶體(ti) 管結構，三星通過使用納米片設備製造出MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET，多橋-通道場效應管)，該技術可以顯著增強晶體(ti) 管性能，取代FinFET晶體(ti) 管技術。