芯片 （半导体元件产品的统称_集成电路_芯片

将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜（thin-film）集成电路。
另有一种厚膜（thick-film）集成电路（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被动组件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。

从1949年到1957年，维尔纳·雅各比（Werner Jacobi）、杰弗里·杜默（Jeffrey Dummer）、西德尼·达林顿（Sidney Darlington）、樽井康夫（Yasuo Tarui）都开拓了原型，但当代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。
其因此荣获2000年诺贝尔物理奖，但同韶光也发展出近代实用的集成电路的罗伯特·诺伊斯，却早于1990年就过世。

先容

晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量利用，取代了真空管在电路中的功能与角色。
到了20世纪中后期半导系统编制造技能进步，使得集成电路成为可能。
相对付手工组装电路利用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。
集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采取标准化集成电路代替了设计利用离散晶体管。

集成电路对付离散晶体管有两个紧张上风：本钱和性能。
本钱低是由于芯片把所有的组件通过摄影平版技能，作为一个单位印刷，而不是在一个韶光只制作一个晶体管。
性能高是由于组件快速开关，花费更低能量，由于组件很小且彼此靠近。
2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm²，每mm²可以达到一百万个晶体管。

第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的，个中包括一个双极性晶体管，三个电阻和一个电容器。

根据一个芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路可以分为以下几类：

集成电路的发展

最前辈的集成电路是微处理器或多核处理器的核心，可以掌握打算机得手机到数字微波炉的统统。
虽然设计开拓一个繁芜集成电路的本钱非常高，但是当分散到常日以百万计的产品上，每个集成电路的本钱最小化。
集成电路的性能很高，由于小尺寸带来短路径，使得低功率逻辑电路可以在快速开关速率运用。

这些年来，集成电路持续向更小的外型尺寸发展，使得每个芯片可以封装更多的电路。
这样增加了每单位面积容量，可以降落本钱和增加功能，见摩尔定律，集成电路中的晶体管数量，每1.5年增加一倍。
总之，随着形状尺寸缩小，险些所有的指标改进了，单位本钱和开关功率花费低落，速率提高。
但是，集成纳米级别设备的IC也存在问题，紧张是泄露电流。
因此，对付终极用户的速率和功率花费增加非常明显，制造商面临利用更好几何学的尖锐寻衅。
这个过程和在未来几年所期望的进步，在半导体国际技能路线图中有很好的描述。

仅仅在其开拓后半个世纪，集成电路变得无处不在，打算机、手机和其他数字电器成为社会构造不可短缺的一部分。
这是由于，当代打算、互换、制造和交通系统，包括互联网，全都依赖于集成电路的存在。
乃至很多学者认为有集成电路带来的数字革命是人类历史中最主要的事宜。
IC的成熟将会带来科技的大跃进，不论是在设计的技能上，或是半导体的工艺打破，两者都是息息相关。
[1]

分类

集成电路的分类方法很多，依照电路属仿照或数字，可以分为：仿照集成电路、数字集成电路和稠浊旗子暗记集成电路（仿照和数字在一个芯片上）。

数字集成电路可以包含任何东西，在几平方毫米上有从几千到百万的逻辑门、触发器、多任务器和其他电路。
这些电路的小尺寸使得与板级集成比较，有更高速率，更低功耗（拜会低功耗设计）并降落了制造本钱。
这些数字IC，以微处理器、数字旗子暗记处理器和微掌握器为代表，事情中利用二进制，处理1和0旗子暗记。

仿照集成电路有，例如传感器、电源掌握电路和运放，处理仿照旗子暗记。
完成放大、滤波、解调、混频的功能等。
通过利用专家所设计、具有良好特性的仿照集成电路，减轻了电路设计师的重担，不需凡事再由根本的一个个晶体管处设计起。

集成电路可以把仿照和数字电路集成在一个单芯片上，以做出如仿照数字转换器和数字仿照转换器等器件。
这种电路供应更小的尺寸和更低的本钱，但是对付旗子暗记冲突必须小心。
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制造

拜会：半导体器件制造和集成电路设计

从1930年代开始，元素周期表中的化学元素中的半导体被研究者如贝尔实验室的威廉·肖克利（William Shockley）认为是固态真空管的最可能的质料。
从氧化铜到锗，再到硅，质料在1940到1950年代被系统的研究。
本日，只管元素中期表的一些III-V价化合物如砷化镓运用于分外用场如：发光二极管、激光、太阳能电池和最高速集成电路，单晶硅成为集成电路主流的基层。
创造无毛病晶体的方法用去了数十年的韶光。

半导体集成电路工艺，包括以下步骤，并重复利用：

利用单晶硅晶圆（或III-V族，如砷化镓）用作基层，然后利用光刻、掺杂、CMP等技能制成MOSFET或BJT等组件，再利用薄膜和CMP技能制成导线，如此便完成芯片制作。
因产品性能需求及本钱考量，导线可分为铝工艺（以溅镀为主）和铜工艺（以电镀为主拜会Damascene）。
紧张的工艺技能可以分为以下几大类：黄光微影、刻蚀、扩散、薄膜、平坦化制成、金属化制成。

IC由很多重叠的层组成，每层由视频技能定义，常日用不同的颜色表示。
一些层标明在哪里不同的掺杂剂扩散进基层（成为扩散层），一些定义哪里额外的离子贯注灌注（贯注灌注层），一些定义导体（多晶硅或金属层），一些定义传导层之间的连接（过孔或打仗层）。
所有的组件由这些层的特定组合构成。

由于CMOS设备只勾引电流在逻辑门之间转换，CMOS设备比双极型组件（如双极性晶体管）花费的电流少很多。
透过电路的设计，将多颗的晶体管管画在硅晶圆上，就可以画出不同浸染的集成电路。

随机存取存储器是最常见类型的集成电路，以是密度最高的设备是存储器，但纵然是微处理器上也有存储器。
只管构造非常繁芜－几十年来芯片宽度一贯减少－但集成电路的层依然比宽度薄很多。
组件层的制作非常像摄影过程。
虽然可见光谱中的光波不能用来曝光组件层，由于他们太大了。
高频光子（常日是紫外线）被用来创造每层的图案。
由于每个特色都非常小，对付一个正在调试制造过程的过程工程师来说，电子显微镜是必要工具。

在利用自动测试设备（ATE）包装前，每个设备都要进行测试。
测试过程称为晶圆测试或晶圆探通。
晶圆被切割成矩形块，每个被称为晶片（“die”）。
每个好的die被焊在“pads”上的铝线或金线，连接到封装内，pads常日在die的边上。
封装之后，设备在晶圆探通中利用的相同或相似的ATE上进行终检。
测试本钱可以达到低本钱产品的制造本钱的25%，但是对付低产出，大型和/或高本钱的设备，可以忽略不计。

在2005年，一个制造厂（常日称为半导体工厂，常简称fab，指fabrication facility）培植用度要超过10亿美元，由于大部分操作是自动化的。
[1]

制造过程

芯片制作完全过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节，个中晶片制作过程尤为的繁芜。

首先是芯片设计，根据设计的需求，天生的“图样”

芯片的质料晶圆

晶圆的身分是硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将这些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片便是芯片制作详细所须要的晶圆。
晶圆越薄，生产的本钱越低，但对工艺就哀求的越高。

晶圆涂膜

晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。

晶圆光刻显影、蚀刻

光刻工艺的基本流程如图1 [2] 所示。
首先是在晶圆（或衬底）表面涂上一层光刻胶并烘干。
烘干后的晶圆被传送到光刻机里面。
光芒透过一个掩模把掩模上的图形投影在晶圆表面的光刻胶上，实现曝光，引发光化学反应。
对曝光后的晶圆进行第二次烘烤，即所谓的曝光后烘烤，后烘烤是的光化学反应更充分。
末了，把显影液喷洒到晶圆表面的光刻胶上，对曝光图形显影。
显影后，掩模上的图形就被存留在了光刻胶上。
涂胶、烘烤和显影都是在匀胶显影机中完成的，曝光是在光刻机中完成的。
匀胶显影机和光刻机一样平常都是联机作业的，晶滑腻调皮过机器手在各单元和机器之间传送。
全体曝光显影系统是封闭的，晶圆不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害身分对光刻胶和光化学反应的影响 [2] 。

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图1 当代光刻工艺的基本流程和光刻后的检测步骤

该过程利用了对紫外光敏感的化学物质，即遇紫外光则变软。
通过掌握遮光物的位置可以得到芯片的形状。
在硅晶片涂上光致抗蚀剂，使得其遇紫外光就会溶解。
这时可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。
这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了，而这效果正是我们所要的。
这样就得到我们所须要的二氧化硅层。

掺加杂质

将晶圆中植入离子，天生相应的P、N类半导体。

详细工艺是是从硅片上暴露的区域开始，放入化学离子稠浊液中。
这一工艺将改变搀杂区的导电办法，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。
大略的芯片可以只用一层，但繁芜的芯片常日有很多层，这时候将该流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。
这一点类似多层PCB板的制作事理。
更为繁芜的芯片可能须要多个二氧化硅层，这时候通过重复光刻以及上面流程来实现，形成一个立体的构造。

晶圆测试

经由上面的几道工艺之后，晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。
通过针测的办法对每个晶粒进行电气特性检测。
一样平常每个芯片的拥有的晶粒数量是弘大的，组织一次针测试模式是非常繁芜的过程，这哀求了在生产的时候只管即便是同等芯片规格布局的型号的大批量的生产。
数量越大相对本钱就会越低，这也是为什么主流芯片器件造价低的一个成分。

封装

将制造完成晶圆固定，绑定引脚，按照需求去制作成各种不同的封装形式，这便是同种芯片内核可以有不同的封装形式的缘故原由。
比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。
这里紧张是由用户的运用习气、运用环境、市场形式等外围成分来决定的。

测试、包装

经由上述工艺流程往后，芯片制作就已经全部完成了，这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品，以及包装。

封装

最早的集成电路利用陶瓷扁平封装，这种封装很多年来由于可靠性和小尺寸连续被军方利用。
商用电路封装很快转变到双列直插封装，开始是陶瓷，之后是塑料。
1980年代，VLSI电路的针脚超过了DIP封装的运用限定，末了导致插针网格数组和芯片载体的涌现。

表面贴着封装在1980年代初期涌现，该年代后期开始盛行。
它利用更细的脚间距，引脚形状为海鸥翼型或J型。
以Small-Outline Integrated Circuit（SOIC）为例，比相等的DIP面积少30－50%，厚度少70%。
这种封装在两个长边有海鸥翼型引脚突出，引脚间距为0.05英寸。

Small-Outline Integrated Circuit（SOIC）和PLCC封装。
1990年代，只管PGA封装依然常常用于高端微处理器。
PQFP和thin small-outline package（TSOP）成为高引脚数设备的常日封装。
Intel和AMD的高端微处理现在从PGA（Pine Grid Array）封装转到了平面网格阵列封装（Land Grid Array，LGA）封装。

球栅数组封装封装从1970年代开始涌现，1990年代开拓了比其他封装有更多管脚数的覆晶球栅数组封装封装。
在FCBGA封装中，晶片（die）被高下翻转（flipped）安装，通过与PCB相似的基层而不是线与封装上的焊球连接。
FCBGA封装使得输入输出旗子暗记阵列（称为I/O区域）分布在全体芯片的表面，而不是限定于芯片的外围。
如今的市场，封装也已经是独立出来的一环，封装的技能也会影响到产品的质量及良率。