半导体全面分析（四）：晶圆四大工艺，落后两代四年！

十二、芯片

35． 技术：流程

硅片切好之后，就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的，干这活的就叫“晶圆厂”。各位拍脑袋想想，以目前人类的技术，怎样才能完成这种操作？

用原子操纵术？想多了，朋友！等你练成御剑飞行的时候，人类还不见得能操纵一个一个原子组成各种器件，那究竟怎么做呢？

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。藉由这个方法，我们可以减少连接电路时所需耗费的面积。下图为 IC 电路的 3D 图，从图中可以看出它的结构就像房子的樑和柱，一层一层堆叠，这也就是为何会将 IC 制造比拟成盖房子

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篇介绍的晶圆，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，在这里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，藉由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，则像是一般的楼层。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，待油漆乾后，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，藉由遮盖的方式一层一层的堆叠起来，详细工艺下面详细介绍

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，便可送到封测厂做封装测试，至于封测厂是什么东西？请持续关注本公众号史晨星（shichenxing1）

36． 技术：工艺

集成电路制造工艺繁多复杂，晶圆厂厂内大致上可分为四大区：真空区、黄光区、蚀刻区、扩散区

真空区：乃沉积暨离子植入，也就是在晶圆上覆盖一层薄膜，所以也称为薄膜区。薄膜沉积工艺系在晶圆上沉积一层待处理的薄膜，薄膜工艺常用于在晶圆表面制备各类半导体、绝缘体、金属的薄膜材料，包含CVD、PVD（蒸发和溅射）、电镀、外延等；沉积工艺包括化学沉积和物理沉积，形成多层的光刻和刻蚀立体结构，构成绝缘层或金属导电层，详细请持续关注本公众号史晨星（shichenxing1）设备篇

黄光区：主要是使电路图显影，匀胶工艺系把光刻胶涂抹在薄膜上，光刻和显影工艺系把光罩上的图形转移到光刻胶，集成电路的最小线宽取决于光刻设备的分辨率，它定义了半导体器件尺寸，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平，详细请持续关注本公众号史晨星（shichenxing1）设备篇

蚀刻区：使用化学剂来蚀刻出所需要的电路，刻蚀工艺系把光刻胶上图形转移到薄膜，去除光刻胶后，即完成图形从光罩到晶圆的转移，将没有受光阻保护的硅晶圆，以离子束蚀刻，刻蚀工艺的提高在于不断缩小PN间的闸极，详细请持续关注本公众号史晨星（shichenxing1）设备篇

扩散区：又称为炉管区均为高温加工的处理，掺杂工艺是形成N型和P型掺杂结构的过程，包含扩散和离子注入两类；离子注入工艺对硅基材料进行掺杂，形成PN区，构成晶体管，详细请持续关注本公众号史晨星（shichenxing1）设备篇

上述四大工艺循环，分层施工，逐层架构，最终完成芯片制作

37． 技术路线：制程

半导体产业技术进步主要有两大方向：一是硅片直径越大→硅片面积越大→单个晶圆上芯片数量越多→效率越高→成本越低，详细请参考上篇文章半导体全面分析（三）：制造三大工艺，硅片五大巨头！，二是制程越小→晶体管越小→相同面积上的元件数越多→性能越高→产品越好，那么制程是什么呢，下面详细介绍