【半導體科普】IC 晶片的製造，層層打造的高科技工藝 TechNews 科技新報

在介紹過矽晶圓是什麼東西後，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。

層層堆疊的晶片架構

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，我們可以減少連接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。

▲ IC 晶片的 3D 剖面圖。（Source：Wikipedia）

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。

首先，在這裡可以將紅色的部分比擬成高樓中的一樓大廳。一樓大廳，是一棟房子的門戶，出入都由這裡，在掌握交通下通常會有較多的機能性。因此，和其他樓層相比，在興建時會比較複雜，需要較多的步驟。在 IC 電路中，這個大廳就是邏輯閘層，它是整顆 IC 中最重要的部分，藉由將多種邏輯閘組合在一起，完成功能齊全的 IC 晶片。

黃色的部分，則像是一般的樓層。和一樓相比，不會有太複雜的構造，而且每層樓在興建時也不會有太多變化。這一層的目的，是將紅色部分的邏輯閘相連在一起。之所以需要這麼多層，是因為有太多線路要連結在一起，在單層無法容納所有的線路下，就要多疊幾層來達成這個目標了。在這之中，不同層的線路會上下相連以滿足接線的需求。

 

分層施工，逐層架構

知道 IC 的構造後，接下來要介紹該如何製作。試想一下，如果要以油漆噴罐做精細作圖時，我們需先割出圖形的遮蓋板，蓋在紙上。接著再將油漆均勻地噴在紙上，待油漆乾後，再將遮板拿開。不斷的重複這個步驟後，便可完成整齊且複雜的圖形。製造 IC 就是以類似的方式，藉由遮蓋的方式一層一層的堆疊起來。

製作 IC 時，可以簡單分成以上 4 種步驟。雖然實際製造時，製造的步驟會有差異，使用的材料也有所不同，但是大體上皆採用類似的原理。這個流程和油漆作畫有些許不同，IC 製造是先塗料再加做遮蓋，油漆作畫則是先遮蓋再作畫。以下將介紹各流程。

1. 金屬濺鍍：將欲使用的金屬材料均勻灑在晶圓片上，形成一薄膜。
2. 塗佈光阻：先將光阻材料放在晶圓片上，透過光罩（光罩原理留待下次說明），將光束打在不要的部分上，破壞光阻材料結構。接著，再以化學藥劑將被破壞的材料洗去。
3. 蝕刻技術：將沒有受光阻保護的矽晶圓，以離子束蝕刻。
4. 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。

最後便會在一整片晶圓上完成很多 IC 晶片，接下來只要將完成的方形 IC 晶片剪下，便可送到封裝廠做封裝，至於封裝廠是什麼東西？就要待之後再做說明囉。

▲ 各種尺寸晶圓的比較。（Source：Wikipedia）

最後，附上一段 Intel 的簡易 IC 製造流程，看完這部影片應該會對 IC 製造的流程更有感覺喔。