集成电路制造的综合工艺

集成电路制造涉及在通常由硅制成的衬底层顶部创建非常薄的半导体材料表面层的过程，可以在原子水平上进行化学改变，以创建各种类型的电路元件的功能，包括晶体管、电容器、电阻器和二极管。它比以前的电路设计有所进步，以前的电路设计是将电阻器、晶体管等各个组件手工连接到连接面包板上以形成复杂的电路。集成电路制造工艺所使用的元件非常小，截至 2011 年，通过微芯片制造设施中的各种光刻和蚀刻工艺，可以在几平方厘米的面积内制造数十亿个元件。

集成电路（IC）芯片实际上是一层半导体材料，其中所有电路元件在一系列制造工艺中互连，因此所有元件不再需要单独制造并随后组装。最早的微芯片集成电路于 1959 年生产，是几十个电子元件的原始组装体。然而，集成电路制造的复杂程度呈指数增长，到 20 世纪 60 年代，IC 芯片上已经有数百个元件，到 1969 年第一个真正的微处理器诞生时，IC 芯片上已经有数千个元件。截至 2011 年，电子电路的 IC 芯片长度或宽度只有几厘米，可以容纳数百万个晶体管、电容器和其他电子元件。截至 2011 年，用于计算机系统的微处理器和主要包含晶体管的内存模块是最复杂的 IC 芯片形式，每平方厘米可能有数十亿个元件。

由于集成电路制造中的元件非常小，制造它们的唯一有效方法是使用化学蚀刻工艺，该工艺涉及晶片表面因暴露于光而发生的反应。为电路创建一个掩模或某种图案，光线通过它照射到涂有一层薄薄的光致抗蚀剂材料的晶圆表面。该掩模允许将图案蚀刻到晶圆光刻胶中，然后在高温下烘烤以固化图案。然后将光致抗蚀剂材料暴露于溶解溶液，根据光致抗蚀剂材料是正化学反应物还是负化学反应物，溶解溶液去除表面的照射区域或掩模区域。留下的是一层互连组件的细层，其宽度为所用光的波长，可以是紫外线或 X 射线。

掩膜后，集成电路制造涉及硅的掺杂或将单个原子（通常是磷或硼原子）注入到材料的表面，这使晶体上的局部区域具有正电荷或负电荷。这些带电区域称为 P 区和 N 区，在它们相遇的地方形成传输结，从而创建称为 PN 结的通用电气元件。截至 2011 年，大多数集成电路的此类结宽度约为 1,000 至 100 纳米，这使得每个 PN 结的大小与人类红细胞的大小相当，宽度约为 100 纳米。创建 PN 结的过程经过化学定制，以展现各种类型的电气特性，使该结可以充当晶体管、电阻器、电容器或二极管。

由于集成电路上的元件和元件之间的连接水平非常精细，当工艺发生故障并出现元件故障时，整个晶圆必须被丢弃，因为它无法修复。截至 2011 年，大多数现代 IC 芯片都由多层集成电路组成，这些集成电路相互堆叠并相互连接以创建最终的芯片本身并赋予其更多的处理能力，这一事实将质量控制水平提升到了更高的水平。绝缘层和金属互连层还必须放置在每个电路层之间，以使电路功能正常且可靠。

尽管许多废品芯片是在集成电路制造过程中产生的，但那些通过电气测试和显微镜检查作为最终产品的芯片非常有价值，使得该过程利润丰厚。截至 2011 年，集成电路现在控制着几乎所有使用的现代电子设备，从计算机和手机到电视、音乐播放器和游戏系统等消费电子产品。它们也是汽车和飞机控制系统以及其他数字设备的重要组成部分，为用户提供一定程度的编程能力，从数字闹钟到环境恒温器。

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来源链接

• https://www.kpsec.freeuk.com/components/ic.htm
• https://www.pbs.org/transistor/background1/events/icinv.html
• https://www.thoughtco.com/history-of-integrated- Circuit-aka-microchip-1992006