一個晶片是怎樣設計出來的麼？你又知道設計出來的晶片是怎麼生產出來的麼？看完這篇文章你就有大概的瞭解。複雜繁瑣的晶片設計流程

　　晶片製造的過程就如同用樂高蓋房子一樣，先有晶圓作為地基，再層層往上疊的晶片製造流程後，就可產出必要的 IC 晶片（這些會在後面介紹）。然而，沒有設計圖，擁有再強制造能力都沒有用，因此，建築師的角色相當重要。但是 IC 設計中的建築師究竟是誰呢？本文接下來要針對 IC 設計做介紹。

　　在 IC 生產流程中，IC 多由專業 IC 設計公司進行規劃、設計，像是聯發科、高通、Intel 等知名大廠，都自行設計各自的 IC 晶片，提供不同規格、效能的晶片給下游廠商選擇。因為 IC 是由各廠自行設計，所以 IC 設計十分仰賴工程師的技術，工程師的素質影響著一間企業的價值。然而，工程師們在設計一顆 IC 晶片時，究竟有那些步驟？設計流程可以簡單分成如下。

什麼是晶圓？

　　在半導體的新聞中，總是會提到以尺寸標示的晶圓廠，如 8 寸或是 12 寸晶圓廠，然而，所謂的晶圓到底是什麼東西？其中 8 寸指的是什麼部分？要產出大尺寸的晶圓製造又有什麼難度呢？以下將逐步介紹半導體最重要的基礎——「晶圓」到底是什麼。

　晶圓（wafer），是製造各式電腦晶片的基礎。我們可以將晶片製造比擬成用樂高積木蓋房子，藉由一層又一層的堆疊，完成自己期望的造型（也就是各式晶片）。然而，如果沒有良好的地基，蓋出來的房子就會歪來歪去，不合自己所意，為了做出完美的房子，便需要一個平穩的基板。對晶片製造來說，這個基板就是接下來將描述的晶圓。

首先，先回想一下小時候在玩樂高積木時，積木的表面都會有一個一個小小圓型的凸出物，藉由這個構造，我們可將兩塊積木穩固的疊在一起，且不需使用膠水。晶片製造，也是以類似這樣的方式，將後續新增的原子和基板固定在一起。因此，我們需要尋找表面整齊的基板，以滿足後續製造所需的條件。

在固體材料中，有一種特殊的晶體結構──單晶（Monocrystalline）。它具有原子一個接著一個緊密排列在一起的特性，可以形成一個平整的原子表層。因此，採用單晶做成晶圓，便可以滿足以上的需求。然而，該如何產生這樣的材料呢，主要有二個步驟，分別為純化以及拉晶，之後便能完成這樣的材料。

　　如何製造單晶的晶圓

　　純化分成兩個階段，第一步是冶金級純化，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化矽轉換成 98% 以上純度的矽。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是採用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，98% 對於晶片製造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。因此，將再進一步採用西門子製程（Siemens process）作純化，如此，將獲得半導體制程所需的高純度多晶矽。

接著，就是拉晶的步驟。首先，將前面所獲得的高純度多晶矽融化，形成液態的矽。之後，以單晶的矽種（seed）和液體表面接觸，一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至於為何需要單晶的矽種，是因為矽原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓後來的人該如何正確的排列，矽種便是重要的排頭，讓後來的原子知道該如何排隊。最後，待離開液麵的矽原子凝固後，排列整齊的單晶矽柱便完成了。

然而，8寸、12寸又代表什麼東西呢？他指的是我們產生的晶柱，長得像鉛筆筆桿的部分，表面經過處理並切成薄圓片後的直徑。至於製造大尺寸晶圓又有什麼難度呢？如前面所說，晶柱的製作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉一邊成型。有製作過棉花糖的話，應該都知道要做出大而且紮實的棉花糖是相當困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質。也因此，尺寸愈大時，拉晶對速度與溫度的要求就更高，因此要做出高品質 12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。

　　只是，一整條的矽柱並無法做成晶片製造的基板，為了產生一片一片的矽晶圓，接著需要以鑽石刀將矽晶柱橫向切成圓片，圓片再經由拋光便可形成晶片製造所需的矽晶圓。經過這麼多步驟，晶片基板的製造便大功告成，下一步便是堆疊房子的步驟，也就是晶片製造。至於該如何製作晶片呢？

層層堆疊打造的晶片

　　在介紹過矽晶圓是什麼東西后，同時，也知道製造 IC 晶片就像是用樂高積木蓋房子一樣，藉由一層又一層的堆疊，創造自己所期望的造型。然而，蓋房子有相當多的步驟，IC 製造也是一樣，製造 IC 究竟有哪些步驟？本文將將就 IC 晶片製造的流程做介紹。

　　在開始前，我們要先認識 IC 晶片是什麼。IC，全名積體電路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是將設計好的電路，以堆疊的方式組合起來。藉由這個方法，我們可以減少連線電路時所需耗費的面積。下圖為 IC 電路的 3D 圖，從圖中可以看出它的結構就像房子的樑和柱，一層一層堆疊，這也就是為何會將 IC 製造比擬成蓋房子。

從上圖中 IC 晶片的 3D 剖面圖來看，底部深藍色的部分就是上一篇介紹的晶圓，從這張圖可以更明確的知道，晶圓基板在晶片中扮演的角色是何等重要。至於紅色以及土黃色的部分，則是於 IC 製作時要完成的地方。