“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(fā)展：集成電路在過去五十多年內(nèi)已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)上、中、下游完整的產(chǎn)業(yè)鏈，專業(yè)的分工方式使其成為近代最成功而耀眼的產(chǎn)業(yè)，集成電路的制作流程包含IC設(shè)計(jì)、IC光罩(光刻掩膜版)與制造、IC封裝與測(cè)試三大部分，到底集成電路的上、中、下游產(chǎn)業(yè)之間是如何分工合作的呢?

　　▲集成電路產(chǎn)業(yè)分類

　　·IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)：屬于上游產(chǎn)業(yè)，是目前中國大陸與臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅速也最具潛力的，例如：專門設(shè)計(jì)數(shù)字集成電路(Digital IC)的聯(lián)發(fā)科技(MTK)、海思半導(dǎo)體與晨星半導(dǎo)體(MStar)等公司;與專門設(shè)計(jì)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(chǎn)業(yè)：屬于中游產(chǎn)業(yè)，其中IC光罩產(chǎn)業(yè)有專門制作光罩的公司，例如：臺(tái)灣光罩、翔準(zhǔn)先進(jìn)等公司專門為晶圓廠生產(chǎn)光罩，也有的晶圓廠自行生產(chǎn)光罩，例如：臺(tái)積電具有光罩生產(chǎn)部門專門制作光罩，聯(lián)華電子則不自行生產(chǎn)光罩，而是委托臺(tái)灣光罩公司代為生產(chǎn)光罩;IC制造產(chǎn)業(yè)有專門晶圓代工的晶圓廠，例如：臺(tái)積電(TSMC)、聯(lián)華電子(UMC)與中芯半導(dǎo)體(SMIC)等公司，也有專門生產(chǎn)自有產(chǎn)品的晶圓廠(IDM：Integrated Device Manufacture)，例如：英特爾、三星等公司。

　　·IC封裝與測(cè)試產(chǎn)業(yè)：屬于下游產(chǎn)業(yè)，晶圓廠生產(chǎn)好的晶圓通常會(huì)交由封裝與測(cè)試廠進(jìn)行測(cè)試與封裝的工作，例如：日月光、矽品、華泰等公司。

　　4、芯片設(shè)計(jì)

　　集成電路(IC)制作的第一步就是要先畫設(shè)計(jì)圖，芯片設(shè)計(jì)的目的主要在規(guī)劃芯片各區(qū)域的功能。例如：中央處理器(CPU)必須擁有算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、浮點(diǎn)運(yùn)算單元、緩存器與內(nèi)存單元、數(shù)據(jù)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(shí)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(gòu)造

　　5、集成電路的制造流程

　　畫IC設(shè)計(jì)圖：制作芯片的第一步要先畫IC設(shè)計(jì)圖，在制作芯片之前必須先規(guī)劃好將不同的功能單元制作在那個(gè)區(qū)域，繪制成IC設(shè)計(jì)圖之后再送進(jìn)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(shè)計(jì)圖上的圖形經(jīng)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(shè)計(jì)圖的規(guī)劃將不同功能單元的圖形刻在不同的區(qū)域，即形成光罩(Mask)，至于光罩上的圖形其實(shí)就是CMOS的圖形。

　　芯片制造(營造廠蓋房子)：將光罩放入曝光機(jī)內(nèi)，進(jìn)行第二次縮小到大約十分之一，將光罩放在曝光機(jī)中的光學(xué)系統(tǒng)(透鏡組)上方，再以紫外光激光照射，紫外光經(jīng)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(zhuǎn)移，由于制程技術(shù)的進(jìn)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(zhuǎn)移到硅晶圓以后還要經(jīng)過高溫氧化、摻雜技術(shù)、蝕刻技術(shù)與薄膜成長等化學(xué)或物理程序，才能完成芯片的制造工作。

　　芯片封裝與測(cè)試(監(jiān)工單位驗(yàn)收)：將制作好的芯片進(jìn)行點(diǎn)收測(cè)試，檢驗(yàn)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(hù)芯片在工作時(shí)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(jìn)行點(diǎn)收測(cè)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(jiān)工單位驗(yàn)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(shè)計(jì)圖“縮小”，而蓋大樓是按照設(shè)計(jì)圖“放大”，這樣的縮小在生活中最常使用在照像的時(shí)候，照像機(jī)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(jī)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(jī)的鏡頭”一樣，而“光罩”就好像是“照像機(jī)所拍攝的景物”一樣。