一步步做个集成电路（IC）

计算机基础课第 38 期分享

转载请联系授权（微信ID：qianpangzi0206）

阅读本文大概需要 4 分钟

01

光刻法

下面用一个简单例子，来做一片集成电路（IC）

我们从一片硅开始，叫"晶圆"长得像薄饼干一样

我们在之前讨论过硅很特别，它是半导体，它有时导电，有时不导电， 我们可以控制导电时机，所以硅是做晶体管的绝佳材料。我们可以用晶圆做基础，把复杂金属电路放上面，集成所有东西，非常适合做集成电路。

下一步是在硅片顶部，加一层薄薄的氧化层, 作为保护层，然后加一层特殊化学品, 叫 "光刻胶"。光刻胶被光照射后 会变得可溶，可以用一种特殊化学药剂洗掉。

单单光刻胶本身，并不是很有用但和"光掩膜"配合使用会很强大，光掩膜就像胶片一样，只不过不是吃墨西哥卷饼的可爱仓鼠，而是要转移到晶圆上的图案。把光掩膜盖到晶圆上，用强光照射挡住光的地方，光刻胶不会变化。光照到的地方，光刻胶会发生化学变化 洗掉它之后，暴露出氧化层。用另一种化学物质 - 通常是一种酸，可以洗掉"氧化层"露出的部分, 蚀刻到硅层。注意，氧化层被光刻胶保护住了。为了清理光刻胶，我们用另一种化学药品洗掉它。

02

"掺杂"

光刻法用很多化学品，每种都有特定用途，现在硅又露出来了我们想修改硅露出来的区域 让它导电性更好。所以用一种化学过程来改变它，叫"掺杂"。不是开玩笑！我们继续，"掺杂" 通常用高温气体来做，比如磷渗透进暴露出的硅，改变电学性质。半导体的具体物理和化学性质我们不会深究。

但我们还需要几轮光刻法来做晶体管，过程基本一样，先盖氧化层，再盖光刻胶，然后用新的光掩膜，这次图案不同在掺杂区域上方开一个缺口，洗掉光刻胶，然后用另一种气体掺杂把一部分硅转成另一种形式。为了控制深度，时机很重要，我们不想超过之前的区域。现在 所有需要的组件都有了。

03

金属化

最后一步，在氧化层上做通道，这样可以用细小金属导线，连接不同晶体管，再次用光刻胶和光掩膜 蚀刻出小通道。现在用新的处理方法 叫"金属化"放一层薄薄的金属，比如铝或铜。但我们不想用金属盖住所有东西，我们想蚀刻出具体的电路。所以又是类似的步骤用光刻胶+光掩膜，然后溶掉暴露的光刻胶，暴露的金属

晶体管终于做好了！它有三根线，连接着硅的三个不同区域，每个区域的掺杂方式不同，这叫双极型晶体管。这个 1962 年的真实专利，永远改变了世界。用类似步骤，光刻可以制作其他电子元件，比如电阻和电容，都在一片硅上。而且互相连接的电路也做好了，再见了，分立元件。

把复杂的事情分解，简单化，一步步去逼近真相，这个是我们学习的方法，是我们去理解事物的本质在。芯片如此复杂，但是基本理论却并不负责。