“芯”潮澎湃 揭秘集成電路的“廬山真面目”

　　3、集成電路的制作流程

　　集成電路的發展：集成電路在過去五十多年內已經發展成一個上、中、下游完整的產業鏈，專業的分工方式使其成為近代最成功而耀眼的產業，集成電路的制作流程包含IC設計、IC光罩(光刻掩膜版)與制造、IC封裝與測試三大部分，到底集成電路的上、中、下游產業之間是如何分工合作的呢?

　　▲集成電路產業分類

　　·IC設計產業：屬于上游產業，是目前中國大陸與臺灣半導體產業發展最迅速也最具潛力的，例如：專門設計數字集成電路(Digital IC)的聯發科技(MTK)、海思半導體與晨星半導體(MStar)等公司;與專門設計模擬集成電路(Analog IC)的立锜科技(Richtek)、模擬科技(AAtech)等公司。

　　·IC光罩(光刻掩膜版)與制造產業：屬于中游產業，其中IC光罩產業有專門制作光罩的公司，例如：臺灣光罩、翔準先進等公司專門為晶圓廠生產光罩，也有的晶圓廠自行生產光罩，例如：臺積電具有光罩生產部門專門制作光罩，聯華電子則不自行生產光罩，而是委托臺灣光罩公司代為生產光罩;IC制造產業有專門晶圓代工的晶圓廠，例如：臺積電(TSMC)、聯華電子(UMC)與中芯半導體(SMIC)等公司，也有專門生產自有產品的晶圓廠(IDM：Integrated Device Manufacture)，例如：英特爾、三星等公司。

　　·IC封裝與測試產業：屬于下游產業，晶圓廠生產好的晶圓通常會交由封裝與測試廠進行測試與封裝的工作，例如：日月光、矽品、華泰等公司。

　　4、芯片設計

　　集成電路(IC)制作的第一步就是要先畫設計圖，芯片設計的目的主要在規劃芯片各區域的功能。例如：中央處理器(CPU)必須擁有算術邏輯運算單元、浮點運算單元、緩存器與內存單元、數據傳輸通道等部分，由于硅芯片的最小組成單位CMOS非常微小，所以直接以肉眼無法分辨出來，其實就是一大堆CMOS排列組合在硅芯片上而已。

　　▲中央處理器芯片構造

　　5、集成電路的制造流程

　　畫IC設計圖：制作芯片的第一步要先畫IC設計圖，在制作芯片之前必須先規劃好將不同的功能單元制作在那個區域，繪制成IC設計圖之后再送進晶圓代工廠，讓制程工程師按圖施工。

　　光罩(光刻掩膜版)制作：將IC設計圖上的圖形經過第一次縮小，以電子束刻在石英片上，由于電子束的直徑大約1μm(微米)，所以使用電子束刻在石英片上的圖形線寬大約1μm，依照IC設計圖的規劃將不同功能單元的圖形刻在不同的區域，即形成光罩(Mask)，至于光罩上的圖形其實就是CMOS的圖形。

　　芯片制造(營造廠蓋房子)：將光罩放入曝光機內，進行第二次縮小到大約十分之一，將光罩放在曝光機中的光學系統(透鏡組)上方，再以紫外光激光照射，紫外光經過透鏡組將光罩上的圖形(線寬大約1μm)縮小十分之一后投射到硅晶圓上(線寬大約0.1μm)，稱為圖形轉移，由于制程技術的進步，目前可以縮小到0.13μm、90nm、65nm、45nm、22nm甚至7nm等，光罩上的圖形轉移到硅晶圓以后還要經過高溫氧化、摻雜技術、蝕刻技術與薄膜成長等化學或物理程序，才能完成芯片的制造工作。

　　芯片封裝與測試(監工單位驗收)：將制作好的芯片進行點收測試，檢驗芯片是否可以正常工作，以確定每片晶圓之可靠度與良率，最后再以塑料或陶瓷外殼包裝芯片，以保護芯片在工作時不受外界的水氣、灰塵、靜電等影響。集成電路制作的最后一步要將制作好的芯片進行點收測試與封裝;就好像蓋大樓的最后一步要將蓋好的大樓交由監工單位驗收。

　　▲集成電路的制造流程

　　集成電路的制作和蓋大樓最大的不同在于，集成電路是按照設計圖“縮小”，而蓋大樓是按照設計圖“放大”，這樣的縮小在生活中最常使用在照像的時候，照像機可以將摩天大樓縮小到一張小小的底片上，就是由于照像機的“鏡頭”具有聚光的功能，可以將很大的物體匯聚成很小的影像，再投射在底片上。上面所提到的“透鏡組”就好像是“照像機的鏡頭”一樣，而“光罩”就好像是“照像機所拍攝的景物”一樣。