芯片制造工艺

从20世纪30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原料。从氧化铜到锗，再到硅，原料在20世纪40到50年代被系统的研究。尽管元素周期表的一些III-V价化合物如砷化镓应用于特殊用途如：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。创造无缺陷晶体的方法用去了数十年的时间。半导体集成电路工艺，包括以下步骤，并重复使用：

光刻

刻蚀

薄膜(化学气相沉积或物理气相沉积)

掺杂(热扩散或离子注入)

化学机械平坦化CMP

使用单晶硅晶圆(或III-V族，如砷化镓)用作基层，然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等组件，再利用薄膜和CMP技术制成导线，如此便完成芯片制作。因产品性能需求及成本考量，导线可分为铝工艺(以溅镀为主)和铜工艺(以电镀为主参见Damascene)。主要的工艺技术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，每层由视频技术定义，通常用不同的颜色表示。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灌输(灌输层)，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(过孔或接触层)。所有的组件由这些层的特定组合构成。

在一个自排列(CMOS)过程中，所有门层(多晶硅或金属)穿过扩散层的地方形成晶体管。

电阻结构，电阻结构的长宽比，结合表面电阻系数，决定电阻。

电容结构，由于尺寸限制，在IC上只能产生很小的电容。

更为少见的电感结构，可以制作芯片载电感或由回旋器模拟。

因为CMOS设备只引导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)消耗的电流少很多。透过电路的设计，将多颗的晶体管管画在硅晶圆上，就可以画出不同作用的集成电路。随机存取存储器是最常见类型的集成电路，所以密度最高的设备是存储器，但即使是微处理器上也有存储器。尽管结构非常复杂-几十年来芯片宽度一直减少-但集成电路的层依然比宽度薄很多。组件层的制作非常像照相过程。虽然可见光谱中的光波不能用来曝光组件层，因为他们太大了。高频光子(通常是紫外线)被用来创造每层的图案。因为每个特征都非常小，对于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。在使用自动测试设备(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通常在die的边上。封装之后，设备在晶圆探通中使用的相同或相似的ATE上进行终检。测试成本可以达到低成本 产品的制造成本的25%，但是对于低产出，大型和/或高成本的设备，可以忽略不计。在2005年，一个制造厂(通常称为半导体工厂，常简称fab，指fabrication facility)建设费用要超过10亿美元，因为大部分操作是自动化的。