芯片上的二極管怎麼做得那麼小

①在半導體集成電路芯片中，二極管、三極管（晶體管）、MOS晶體管（金屬—氧化物—半導體場效應晶體管）、電阻器、電容器，全都是以晶圓（單晶矽圓片）內部的矽為主要材料，共同製作在同一塊芯片內部的；各元器件之間的互聯導線，是靠真空蒸發法鍍製的鋁膜或金膜。參見下圖1。因此，芯片中所有的元器件，包括電阻器，都不是“裝上去的”。在同一片晶圓上可以同時製作許許多多塊集成電路芯片，然後經切割、封裝，成為許許多多相同的集成電路。

②因為製作這些二極管、三極管、MOS管、電阻器、電容器都是靠納米數量級的光刻機來控製精度的，因此可以“做得那麼小”。
③在芯片中，二極管就是一個PN結，三極管是NPN結或PNP(圖2)，MOS管是矽—二氧化矽—金屬鋁(圖3)，電阻器就是N型半導體或P型半導體的體電阻，電容器就是一個電壓反向連接的PN結(方向連接的半導體二極管)產生的結電容。


④雙極型半導體集成電路芯片的製作過程與一個普通的雙極型半導體三極管的製作過程是一樣的，場效應型半導體集成電路的製作過程與場效應晶體管的製作過程是一樣的。這裏我們僅以P襯底雙極型集成電路的製作過程(圖4)。它是將預先進行了P型參雜的晶圓片，“清洗”處理幹淨；通過氣相化學反應在矽表麵形成非活性的二氧化矽層或氮化矽層，稱為鈍化層，該過程叫作“鈍化”；在鈍化層表麵的特定區域，通過光刻機腐蝕掉部分非活性的鈍化層，露出一個個尺寸精確的微型窗口，該過程叫作“光刻”；在光刻形成的窗口區域，往晶圓片內部摻入雜質，形成N型半導體，這時形成一批的N型半導體中，有的是作為半導體三極管的反射區，有的是作為半導體二極管的一個極或者半導體結電容的一個極使用，該過程叫作“摻雜”；然後，再將晶圓片表麵“鈍化”；再在將要作為三極管發射極的區域範圍內準備形成三極管基極的地方、以及將要作為半導體二極管或半導體結電容的一個極區的範圍內準備形成另一個極的地方、準備製作半導體體電阻的地方，“光刻”出更小的窗口；利用這個更小的窗口，對晶圓片進行P型半導體“摻雜”，到此為止晶圓內部的半導體三極管的基極、半導體二極管(PN結)和半導體結電容(PN結)、半導體體電阻，都已經形成；再一次將晶圓片表麵“鈍化”；在晶體管基極內的準備形成集電極的更小範圍內，再次“光刻”出更小的窗口；利用這個更小的窗口，再次進行N型半導體“摻雜”，由此形成了半導體三極管的集電極；再次將整個晶圓片表麵“鈍化”；再次“光刻”出準備引出電極的窗口；真空蒸發法鍍製鋁膜，稱為“鍍鋁”；把鋁膜表麵被覆光刻膠，經“光刻”鋁膜後，形成鋁膜連接導線。到此為止，一大批完全相同的集成電路芯片就製作完成了，接著通過“劃片”，把整片晶圓切割成一個個的芯片。最後，經過焊接封裝工藝，製成大家經常看到的、帶有引出腳的集成電路。