半导体——现代社会的基石
微电子通常对社会是隐藏的——然而，它是我们日常生活中不变的伴侣。它极大地促进了我们世界的持续发展和数字化。但这项技术的背后究竟是什么？
这一切都始于沙子——但这还不是全部。半导体的生产是一个非常复杂的过程。从原料砂开始，需要完成许多进一步的制造步骤，直到最终产品完成。
所有的芯片都是从一种非常简单的原材料开始的：沙子。需要复杂的化学和物理过程才能从沙子中制造出纯单晶硅锭，称为晶锭，每千万硅原子中只有一个杂质原子。然后使用特殊的锯切技术从硅晶锭上切割出极薄的晶圆。这些晶圆是后续芯片生产的基本组成部分。它们被制造成一系列不同的直径。最常见的尺寸是 150、200 和 300 毫米。大直径的晶圆为芯片提供了更多的空间。硅是一种半导体。这意味着它可以导电，也可以作为绝缘体。为了使其导电，将少量特定原子作为杂质添加到晶片中。这些杂质原子的外层电子数必须比硅多一个或少一个。根据外部电子的数量，材料会变成 p 型导电或 n 型导电。晶体管建立在掺杂晶片中存在的 p 和 n 导电层上。晶体管是微芯片中最小的控制单元。它们的工作是控制电压和电流，它们是迄今为止电子电路中最重要的组件。但是这些层是如何在晶圆上创建的呢？它们的工作是控制电压和电流，它们是迄今为止电子电路中最重要的组件。但是这些层是如何在晶圆上创建的呢？它们的工作是控制电压和电流，它们是迄今为止电子电路中最重要的组件。但是这些层是如何在晶圆上创建的呢？
从晶圆制造芯片的过程始于布局和设计阶段。高度复杂的芯片由数十亿个集成和连接的晶体管组成，使得微控制器和加密芯片等复杂电路能够构建在尺寸仅为几平方毫米的半导体表面上。组件数量之多需要深入的设计过程。这需要定义芯片的功能、模拟其技术和物理特性、测试其功能并计算出各个晶体管的连接。
首先，晶片的表面在大约一千摄氏度的高温炉中被氧化以形成非导电层。然后，使用离心力将光刻胶材料均匀地分布在该非导电层上。这种涂层工艺会形成光敏层。然后晶片在称为步进器的特殊曝光机中通过光掩模曝光。芯片图案的暴露区域被显影，露出下面的氧化物层。未曝光部分保持原样，保护氧化层。在此之后，在已使用湿法或等离子蚀刻显影的区域中蚀刻掉暴露的氧化物层。然后，再次施加光刻胶，晶片通过掩模曝光。再次剥离曝光的光刻胶。
下一步是掺杂工艺，将杂质原子引入暴露的硅中。离子注入机用于将杂质原子射入硅中。这将暴露的硅的导电性改变了几分之一微米。在剥离光刻胶残留物后，再施加一层氧化层。晶片经历另一个循环，即施加光刻胶、通过掩模曝光和剥离。蚀刻接触孔以提供对导电层的访问，使接触和互连能够集成在晶片中。再次应用光刻胶和掩模。为了给互连上方的绝缘层提供所需的平滑光洁度，使用化学机械工艺以微米精度抛光去除多余的材料。这些单独的步骤可以在制造过程中重复多次，直到集成电路完成。根据芯片的大小和类型，晶圆现在将包含从几十到数千个芯片不等的任何东西。
制造的最后阶段是组装。在这里，单个芯片被放置在一个封装中，并连接了端子。结果是完成的半导体器件，可以使用不同类型的端子安装在电路板上。可实现上千个连接触点。高水平的精度和质量在工作流程的每个阶段都至关重要——从硅晶锭的生产到洁净室制造再到质量控制——为了交付这些对我们的生活产生如此重大影响的微小构建块——今天和未来未来。
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