①在半导体集成电路芯片中,二极管、三极管(晶体管)、MOS晶体管(金属—氧化物—半导体场效应晶体管)、电阻器、电容器,全都是以晶圆(单晶硅圆片)内部的硅为主要材料,共同制作在同一块芯片内部的;各元器件之间的互联导线,是靠真空蒸发法镀制的铝膜或金膜。参见下图1。因此,芯片中所有的元器件,包括电阻器,都不是“装上去的”。在同一片晶圆上可以同时制作许许多多块集成电路芯片,然后经切割、封装,成为许许多多相同的集成电路。

芯片上的二极管怎么做得那么小

②因为制作这些二极管、三极管、MOS管、电阻器、电容器都是靠纳米数量级的光刻机来控制精度的,因此可以“做得那么小”。

③在芯片中,二极管就是一个PN结,三极管是NPN结或PNP(图2),MOS管是硅—二氧化硅—金属铝(图3),电阻器就是N型半导体或P型半导体的体电阻,电容器就是一个电压反向连接的PN结(方向连接的半导体二极管)产生的结电容。

芯片上的二极管怎么做得那么小

芯片上的二极管怎么做得那么小

④双极型半导体集成电路芯片的制作过程与一个普通的双极型半导体三极管的制作过程是一样的,场效应型半导体集成电路的制作过程与场效应晶体管的制作过程是一样的。这里我们仅以P衬底双极型集成电路的制作过程(图4)。它是将预先进行了P型参杂的晶圆片,“清洗”处理干净;通过气相化学反应在硅表面形成非活性的二氧化硅层或氮化硅层,称为钝化层,该过程叫作“钝化”;在钝化层表面的特定区域,通过光刻机腐蚀掉部分非活性的钝化层,露出一个个尺寸精确的微型窗口,该过程叫作“光刻”;在光刻形成的窗口区域,往晶圆片内部掺入杂质,形成N型半导体,这时形成一批的N型半导体中,有的是作为半导体三极管的反射区,有的是作为半导体二极管的一个极或者半导体结电容的一个极使用,该过程叫作“掺杂”;然后,再将晶圆片表面“钝化”;再在将要作为三极管发射极的区域范围内准备形成三极管基极的地方、以及将要作为半导体二极管或半导体结电容的一个极区的范围内准备形成另一个极的地方、准备制作半导体体电阻的地方,“光刻”出更小的窗口;利用这个更小的窗口,对晶圆片进行P型半导体“掺杂”,到此为止晶圆内部的半导体三极管的基极、半导体二极管(PN结)和半导体结电容(PN结)、半导体体电阻,都已经形成;再一次将晶圆片表面“钝化”;在晶体管基极内的准备形成集电极的更小范围内,再次“光刻”出更小的窗口;利用这个更小的窗口,再次进行N型半导体“掺杂”,由此形成了半导体三极管的集电极;再次将整个晶圆片表面“钝化”;再次“光刻”出准备引出电极的窗口;真空蒸发法镀制铝膜,称为“镀铝”;把铝膜表面被覆光刻胶,经“光刻”铝膜后,形成铝膜连接导线。到此为止,一大批完全相同的集成电路芯片就制作完成了,接着通过“划片”,把整片晶圆切割成一个个的芯片。最后,经过焊接封装工艺,制成大家经常看到的、带有引出脚的集成电路。