关于芯片设计与生产分析

上期我们制造好了芯片基板，接下来继续往下走，制造完整的芯片：

层层堆叠打造的芯片

在介绍过硅晶圆是什么东西后，同时也知道制造 IC 芯片就像是用乐高积木盖房子一样，根据一层又一层的堆叠，创造自己所期望的造型。然而，盖房子有相当多的步骤，IC 制造也是一样，制造 IC 究竟有哪些步骤？本期来就 IC 芯片制造的流程做介绍。

在开始前，我们要先认识 IC 芯片是什么。IC，全名“积体电路”（Integrated Circuit），由它的命名可知，它是将设计好的电路，以堆叠的方式组合起来。通过这个方法，我们可以减少连接电路时所需面积。下图为 IC 电路的 3D 图，从图中就可以看出它的结构就像房子的梁和柱，一层一层堆叠。

▲ IC 芯片的 3D 剖面图。（Source：Wikipedia）

从上图中 IC 芯片的 3D 剖面图来看，底部深蓝色的部分就是上一期中介绍的晶圆，从这张图可以更明确的知道，晶圆基板在芯片中扮演的角色是何等重要。至于红色以及土黄色的部分，则是于 IC 制作时要完成的地方。

首先，可以将红色的部分比拟成高楼中的一楼大厅。一楼大厅，是一栋房子的门户，出入都由这里，在掌握交通下通常会有较多的机能性。因此，和其他楼层相比，在兴建时会比较复杂，需要较多的步骤。在 IC 电路中，这个大厅就是逻辑闸层，它是整颗 IC 中最重要的部分，将多种逻辑闸组合在一起，完成功能齐全的 IC 芯片。

黄色的部分，则像是其他的楼层。和一楼相比，不会有太复杂的构造，而且每层楼在兴建时也不会有太多变化。这一层的目的，是将红色部分的逻辑闸相连在一起。之所以需要这么多层，是因为有太多线路要连结在一起，在单层无法容纳所有的线路下，就要多叠几层来达成这个目标了。在这之中，不同层的线路会上下相连以满足接线的需求。

分层施工，逐层架构

知道 IC 的构造后，接下来要介绍该如何制作。试想一下，如果要以油漆喷罐做精细作图时，我们需先割出图形的遮盖板，盖在纸上。接着再将油漆均匀地喷在纸上，待油漆风干后，再将遮板拿开。不断的重复这个步骤后，便可完成整齐且复杂的图形。制造 IC 就是以类似的方式，由遮盖的方式一层一层的堆叠起来。

制作 IC 时，可以简单分成上图中的 4 哥步骤。虽然实际制造时，制造的步骤会有差异，使用的材料也有所不同，但是大体上皆如此。这个流程和油漆作画有些许不同，IC 制造是先涂料再加做遮盖，油漆作画则是先遮盖再作画。以下将介绍各流程：

金属溅镀：将欲使用的金属材料均匀洒在晶圆片上，形成一薄膜；

涂布光阻：先将光阻材料放在晶圆片上，透过光罩将光束打在不要的部分上，破坏光阻材料结构，接着，再以化学药剂将被破坏的材料洗去；

蚀刻技术：将没有受光阻保护的硅晶圆，以离子束蚀刻；

光阻去除：使用去光阻液皆剩下的光阻溶解掉，如此便完成一次流程。

最后便会在一整片晶圆上完成很多 IC 芯片，接下来只要将完成的方形 IC 芯片剪下，便可送到封装厂做封装。