芯片的百萬億的晶體管是怎么來的？

要想造個芯片，首先，你得畫出來一個長這樣的玩意兒給Foundry （外包的晶圓制造公司）

（此處擔(dān)心有版權(quán)問題… 畢竟我也是拿別人錢干活的苦逼phd… 就不放全電路圖了… 大家看看就好，望理解?。?/p>

再放大。..

我們終于看到一個門電路啦！這是一個NAND Gate（與非門），大概是這樣：

A， B 是輸入， Y是輸出。

其中藍(lán)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。..

那晶體管（更正，題主的“晶體管” 自199X年以后已經(jīng)主要是 MOSFET，即場效應(yīng)管了）呢？

仔細(xì)看圖，看到里面那些白色的點嗎？那是襯底，還有一些綠色的邊框？那些是Ac tive Layer （也即摻雜層。）

然后Foundry是怎么做的呢？大體上分為以下幾步：

首先搞到一塊圓圓的硅晶圓，（就是一大塊晶體硅，打磨的很光滑，一般是圓的）

圖片按照生產(chǎn)步驟排列。但是步驟總結(jié)單獨寫出。

1、濕洗（用各種試劑保持硅晶圓表面沒有雜質(zhì)）

2、光刻（用紫外線透過蒙版照射硅晶圓，被照到的地方就會容易被洗掉，沒被照到的地方就保持原樣。于是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案。注意，此時還沒有加入雜質(zhì)，依然是一個硅晶圓。）

3、離子注入（在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質(zhì)，不同雜質(zhì)根據(jù)濃度/位置的不同就組成了場效應(yīng)管。）

4.1、干蝕刻（之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的，而是為了離子注入而蝕刻的。現(xiàn)在就要用等離子體把他們洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結(jié)構(gòu)，這一步進(jìn)行蝕刻）。

4.2、濕蝕刻（進(jìn)一步洗掉，但是用的是試劑，所以叫濕蝕刻）。--- 以上步驟完成后，場效應(yīng)管就已經(jīng)被做出來啦~ 但是以上步驟一般都不止做一次，很可能需要反反復(fù)復(fù)的做，以達(dá)到要求。 ---

5、等離子沖洗（用較弱的等離子束轟擊整個芯片）

6、熱處理，其中又分為：

6.1、快速熱退火（就是瞬間把整個片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上，然后慢慢地冷卻下來，為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（制造出二氧化硅，也即場效應(yīng)管的柵極（gate））

7、化學(xué)氣相淀積（CVD），進(jìn)一步精細(xì)處理表面的各種物質(zhì)

8、物理氣相淀積（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這個。.

10、電鍍處理

11、化學(xué)/機(jī)械表面處理然后芯片就差不多了，接下來還要：

12、晶圓測試

13、晶圓打磨就可以出廠封裝了。我們來一步步看：

就可以出廠封裝了。我們來一步步看：

1、上面是氧化層，下面是襯底（硅） -- 濕洗

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

3、先加入Photo-resist，保護(hù)住不想被蝕刻的地方 -- 光刻

4、上掩膜！（就是那個標(biāo)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。.. 下面被照得那一塊就被反應(yīng)了 -- 光刻

6、撤去掩膜。 -- 光刻

7、把暴露出來的氧化層洗掉，露出硅層（就可以注入離子了） -- 光刻

8、把保護(hù)層撤去。這樣就得到了一個準(zhǔn)備注入的硅片。這一步會反復(fù)在硅片上進(jìn)行（幾十次甚至上百次）。 -- 光刻

9、然后光刻完畢后，往里面狠狠地插入一塊少量（10^14 ~ 10^16 /cm^3）注入的N型物質(zhì)就做成了一個N-well （N-井） -- 離子注入

10、用干蝕刻把需要P-well的地方也蝕刻出來。也可以再次使用光刻刻出來。 -- 干蝕刻

11、上圖將P-型半導(dǎo)體上部再次氧化出一層薄薄的二氧化硅。 -- 熱處理

12、用分子束外延處理長出的一層多晶硅，該層可導(dǎo)電 -- 分子束外延

13、進(jìn)一步的蝕刻，做出精細(xì)的結(jié)構(gòu)。（在退火以及部分CVD） -- 重復(fù)3-8光刻 + 濕蝕刻13 進(jìn)一步的蝕刻，做出精細(xì)的結(jié)構(gòu)。（在退火以及部分CVD） -- 重復(fù)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(zhì)，此時注意MOSFET已經(jīng)基本成型。 -- 離子注入

15、用氣相積淀形成的氮化物層 -- 化學(xué)氣相積淀

16、將氮化物蝕刻出溝道 -- 光刻 + 濕蝕刻

17、物理氣相積淀長出金屬層 -- 物理氣相積淀

18、將多余金屬層蝕刻。光刻 + 濕蝕刻重復(fù) 17-18 長出每個金屬層哦對了。.. 最開始那個芯片，大小大約是1.5mm x 0.8mm

啊~~ 找到一本關(guān)于光刻的書，更新一下，之前的回答有謬誤。.

書名：　《《 IC Fabrication Technology 》》 By BOSE

細(xì)說一下光刻。題主問了：小于頭發(fā)絲直徑的操作會很困難，所以光刻（比如說100nm）是怎么做的呢？

比如說我們要做一個100nm的門電路（90nm technology），那么實際上是這樣的：

這層掩膜是第一層，大概是10倍左右的Die Size有兩種方法制作： Emulsion Mask 和 Metal MaskEmulsion Mask：

這貨分辨率可以達(dá)到 2000line / mm （其實挺差勁的。.. 所以sub-micron ，也即um級別以下的 VLSI不用。.. ）這貨分辨率可以達(dá)到 2000line / mm （其實挺差勁的。.. 所以sub-micron ，也即um級別以下的 VLSI不用。.. ）制作方法：首先：需要在Rubylith （不會翻譯。..）上面刻出一個比想要的掩膜大個20倍的形狀（大概是真正制作尺寸的200倍），這個形狀就可以用激光什么的刻出來，只需要微米級別的刻度。