“芯”潮澎湃 揭秘集成电路的“庐山真面目”

　　3、集成电路的制作流程

集成电路的发展：集成电路在过去五十多年内已经发展成一个上、中、下游完整的产业链，专业的分工方式使其成为近代最成功而耀眼的产业，集成电路的制作流程包含IC设计、IC光罩(光刻掩膜版)与制造、IC封装与测试三大部分，到底集成电路的上、中、下游产业之间是如何分工合作的呢?

　　▲集成电路产业分类

　　·IC设计产业：属于上游产业，是目前中国大陆与台湾半导体产业发展最迅速也最具潜力的，例如：专门设计数字集成电路(Digital IC)的联发科技(MTK)、海思半导体与晨星半导体(MStar)等公司;与专门设计模拟集成电路(Analog IC)的立锜科技(Richtek)、模拟科技(AAtech)等公司。

　　·IC光罩(光刻掩膜版)与制造产业：属于中游产业，其中IC光罩产业有专门制作光罩的公司，例如：台湾光罩、翔准先进等公司专门为晶圆厂生产光罩，也有的晶圆厂自行生产光罩，例如：台积电具有光罩生产部门专门制作光罩，联华电子则不自行生产光罩，而是委托台湾光罩公司代为生产光罩;IC制造产业有专门晶圆代工的晶圆厂，例如：台积电(TSMC)、联华电子(UMC)与中芯半导体(SMIC)等公司，也有专门生产自有产品的晶圆厂(IDM：Integrated Device Manufacture)，例如：英特尔、三星等公司。

　　·IC封装与测试产业：属于下游产业，晶圆厂生产好的晶圆通常会交由封装与测试厂进行测试与封装的工作，例如：日月光、矽品、华泰等公司。

　　4、芯片设计

　　集成电路(IC)制作的第一步就是要先画设计图，芯片设计的目的主要在规划芯片各区域的功能。例如：中央处理器(CPU)必须拥有算术逻辑运算单元、浮点运算单元、缓存器与内存单元、数据传输通道等部分，由于硅芯片的最小组成单位CMOS非常微小，所以直接以肉眼无法分辨出来，其实就是一大堆CMOS排列组合在硅芯片上而已。

　　▲中央处理器芯片构造

　　5、集成电路的制造流程

　　画IC设计图：制作芯片的第一步要先画IC设计图，在制作芯片之前必须先规划好将不同的功能单元制作在那个区域，绘制成IC设计图之后再送进晶圆代工厂，让制程工程师按图施工。

　　光罩(光刻掩膜版)制作：将IC设计图上的图形经过第一次缩小，以电子束刻在石英片上，由于电子束的直径大约1μm(微米)，所以使用电子束刻在石英片上的图形线宽大约1μm，依照IC设计图的规划将不同功能单元的图形刻在不同的区域，即形成光罩(Mask)，至于光罩上的图形其实就是CMOS的图形。

　　芯片制造(营造厂盖房子)：将光罩放入曝光机内，进行第二次缩小到大约十分之一，将光罩放在曝光机中的光学系统(透镜组)上方，再以紫外光激光照射，紫外光经过透镜组将光罩上的图形(线宽大约1μm)缩小十分之一后投射到硅晶圆上(线宽大约0.1μm)，称为图形转移，由于制程技术的进步，目前可以缩小到0.13μm、90nm、65nm、45nm、22nm甚至7nm等，光罩上的图形转移到硅晶圆以后还要经过高温氧化、掺杂技术、蚀刻技术与薄膜成长等化学或物理程序，才能完成芯片的制造工作。

　　芯片封装与测试(监工单位验收)：将制作好的芯片进行点收测试，检验芯片是否可以正常工作，以确定每片晶圆之可靠度与良率，最后再以塑料或陶瓷外壳包装芯片，以保护芯片在工作时不受外界的水气、灰尘、静电等影响。集成电路制作的最后一步要将制作好的芯片进行点收测试与封装;就好像盖大楼的最后一步要将盖好的大楼交由监工单位验收。

　　▲集成电路的制造流程

　　集成电路的制作和盖大楼最大的不同在于，集成电路是按照设计图“缩小”，而盖大楼是按照设计图“放大”，这样的缩小在生活中最常使用在照像的时候，照像机可以将摩天大楼缩小到一张小小的底片上，就是由于照像机的“镜头”具有聚光的功能，可以将很大的物体汇聚成很小的影像，再投射在底片上。上面所提到的“透镜组”就好像是“照像机的镜头”一样，而“光罩”就好像是“照像机所拍摄的景物”一样。