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如今的 7nm EUV 芯片，晶体管多达 100 亿个，它们是怎么样安上去的呢？ ) i* V9 }; V/ Q/ i6 G0 ~
晶体管并非是安装上去的，芯片制造其实分为沙子 - 晶圆，晶圆 - 芯片这样的过程，而在芯片制造之前，IC 设计要负责设计好芯片，然后交给晶圆代工厂。 $ K8 \6 s3 ?& L/ Y. z/ s* u
芯片设计分为前端设计和后端设计，前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）并没有统一严格的界限，涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。芯片设计要用专业的 EDA 工具。
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* T; K8 Z( _* F( W5 J$ c如果我们将设计的门电路放大，白色的点就是衬底，还有一些绿色的边框就是掺杂层。 " }" h+ D! k4 V+ V
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当芯片设计好了之后，就要制造出来，晶体管就是在晶圆上直接雕出来的，晶圆越大，芯片制程越小，就能切割出更多的芯片，效率就会更高。
5 r; @( q6 `7 A6 s: T; N' ^7 U举个例子，就好像切西瓜一样，西瓜更大的，但是原来是切成 3 厘米的小块，现在换成了 2 厘米，是不是块数就更多。所以现在的晶圆从 2 寸、4 寸、6 寸、8 寸到现在 16 寸大小。
1 R/ c/ s, Q8 M制程这个概念，其实就是栅极的大小，也可以成为栅长，它的距离越短，就可以放下更多的晶体管，这样就不会让芯片不会因技术提升而变得更大，使用更先进的制造工艺，芯片的面积和功耗就越小。但是我们如果将栅极变更小，源极和漏极之间流过的电流就会越快，工艺难度会更大。
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# P) x" Q% l6 |6 J T7 P芯片制造共分为七大生产区域，分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化。 : ]0 I! c% D3 P
其中雕出晶圆的最重要的两个步骤就是光刻和蚀刻，光刻技术是一种精密的微细加工技术。 * S' B {8 Q7 Z/ |) P3 j
常规光刻技术是采用波长为 2000～4500 的紫外光作为图像信息载体，以光致抗光刻技术蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺。 . e7 r7 l7 T( v; U+ M
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光刻技术就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。简单来说芯片设计人员设计的线路与功能区“印进”晶圆之中，类似照相机照相。
" }) \3 y, b1 l. } b- g照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是电路图和其他电子元件。
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- a& O7 J# n' J" J而蚀刻技术就是利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。
% k: R2 w3 x N集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模集成电路要经过约 10 次光刻才能完成各层图形的全部传递。
( B! T0 b) ~% E3 w( U: f在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。目前主流所用的还是干法刻蚀工艺，利用干法刻蚀工艺的就叫等离子体蚀刻机。 9 t6 r4 u5 K* L
在集成电路制造过程中需要多种类型的干法刻蚀工艺，应用涉及硅片上各种材料。被刻蚀材料主要包括介质、硅和金属等，通过与光刻、沉积等工艺多次配合可以形成完整的底层电路、栅极、绝缘层以及金属通路等。  7 A% s0 p1 y8 m% ]8 X1 t, u
" b* i: E! K1 \" M2 I9 p' ~在涂满光刻胶的晶圆（或者叫硅片）上盖上事先做好的光刻板，然后用紫外线隔着光刻板对晶圆进行一定时间的照射。原理就是利用紫外线使部分光刻胶变质，易于腐蚀。 5 t; ]! T. n' E! n( o$ u$ K2 x
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溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。  2 N b, z2 i; u- h
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“刻蚀”是光刻后，用腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉（正胶），晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形。然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀，形成半导体器件及其电路。 
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$ X4 A4 R! a( l* j, H/ W清除光刻胶：蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案。  . } m; n" w6 T
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这里说一下，什么是光刻胶。我们要知道电路设计图首先通过激光写在光掩模版上，然后光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学效应，再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域，使掩模版上的电路图转移到光刻胶上，最后利用刻蚀技术将图形转移到硅片上。 
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而光刻根据所采用正胶与负胶之分，划分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺。在正性光刻中，正胶的曝光部分结构被破坏，被溶剂洗掉，使得光刻胶上的图形与掩模版上图形相同。 - [/ h, M2 S: p4 [. x# S, ~* n
相反地，在负性光刻中，负胶的曝光部分会因硬化变得不可溶解，掩模部分则会被溶剂洗掉，使得光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。  9 V I7 `1 e x, P2 z! V; X7 X
4 }; V# L( W( T0 M, c n可以说，在晶圆制造中，直径 30 厘米的圆形硅晶薄片穿梭在各种极端精密的加工设备之间，由它们在硅片表面制作出只有发丝直径千分之一的沟槽或电路。
* p) }$ B& s- A0 A! j& `8 z% A热处理、光刻、刻蚀、清洗、沉积……每块晶圆要昼夜无休地被连续加工两个月，经过成百上千道工序，最终集成了海量的微小电子器件，经切割、封装，成为信息社会的基石——芯片。 ) w6 } K7 r9 p% c
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这是一个 Top-down View 的 SEM 照片，可以非常清晰的看见 CPU 内部的层状结构，越往下线宽越窄，越靠近器件层。
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这是 CPU 的截面视图，可以清晰地看到层状的 CPU 结构，由上到下有大约 10 层，其中最下层为器件层，即是 MOSFET 晶体管。
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*来源：胖福的小木屋 原文地址 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1661518867399354763&wfr=spider&for=pc | 
发表于 2022-4-18 15:00:56
