Question

芯片上有成千上万个晶体管，是怎么安上去的？

Answer 1

芯片里的晶体管用万的单位来统计是不够的，至少要用亿来统计，像一个7纳米的芯片边长差不多就1.5厘米，要在体积那么小的芯片里放入几十亿的晶体管，必须要用到特殊的技术和工艺。

芯片虽然体积小，但内部结构是错综复杂的微电路。通过X射线观看芯片内部结构，可以看到有很多层级，上下交错层叠大概有10层，每一层都有晶体管，通过导线相互连接。在生产的过程中，先完成第一层再向上递进，就和盖楼差不多。

鳍式场效晶体管技术是一种新型的半导体晶体管，这种晶体管和鱼鳍很像，已经达到了9奈米，是头发丝的万分之一。如果是传统的晶体管，电流经过闸门时只能管控一边的电路，属于平面结构的类型，而鳍式场效晶体管实现了3D结构，电流可以实现双向控制。

光刻机的紫外线要从原来的193nm提升到13.5nm，那就要使用最先进的EUV光刻设备进行光刻。 完成后就要用化学物质蚀刻掉多作余的硅体，通过感光产生二氧化硅这种物质，再加入多晶硅基本就可以形成门电路，建立各个晶体管之前的连接。通过这种操作方式，一次可以注入大约3000万个晶体管。

芯片的体积和功耗要求越来越高，对于半导体晶体管来说，要不断突破现有技术，做到更精细，才能满足芯片的要求，人类也在不断创造着晶体管的技术极限。

我们的手机和电脑里都是安装了各种类型的芯片，芯片本身是由数以亿计的晶体管组成的，而芯片是在硅晶圆的基础上一步一步制造出来的，而且这个过程非常复杂，涉及到光刻、离子注入、蚀刻、曝光等一系列步骤，由于芯片对硅晶圆的纯度和光刻精度要求非常高，所以这都需要各类高端高精尖的设备才能进行，如果有杂质和误差问题，那么芯片也就无法正常工作。

所以说芯片当中数以亿计的晶体管都是在硅晶圆上用光刻机光刻或者蚀刻上去的，之后还要以类似的方法做上相应的电路和连线，从而才能保证晶体管的正常通电工作。当然，为了保证晶体管布局的准确无误，在芯片制造之前就必须把图纸或者电子图设计好，这往往需要相当长的时间，也需要经过多次验证和试产阶段，只有准确无误的将复杂无比的电路给到一颗颗晶体管上面，并且能保证正常工作才可以开始投产制造。

虽说半导体芯片的制造工艺不断升级，但是晶体管本身的大小并没有明显变化，在大约10多年以前，晶体管大都是以2D平面式布局在芯片当中，但是自从2011年英特尔推出3D晶体管层叠结构以来，晶体管便能以层级堆叠的形式排列起来，这样就大大增加了晶体管密度，同时借助更先进的制造工艺，晶体管之间的间距也变得更小，这样在同样大小的芯片中才能获得更高的性能或更低的功耗，半导体芯片这么多年也都是按照这样的理念发展的。

具我所知是光刻或蚀刻上去的，并非安装上去的，直接在硅片上刻，比如2极管，刻个2个长方形硅，中间在添加点硼或其它材料变成一个pN结，然后许许多的这样的二极三极管连起来组成逻辑运算单元，如非门、与门，与非门等，然后很多很多逻辑单元在组合成有各种功能的单元。总之对工艺要求很高，各元器件都是纳米极的。