芯片的生产流程有哪些？

在上一篇《半导体到底是什么呢？》中，我们介绍了应用最广泛的半导体单晶硅的生产流程，在本文中我们将详细介绍单晶硅是经过哪些流程才能成为芯片。

将单晶硅切片打磨形成晶圆，在晶圆上，采用一定的工艺将电路中所需要的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线刻画在晶圆上，就形成了集成电路（integrated circuit，IC），通过对集成电路封装测试便形成了芯片。

图1：芯片的生产流程

东海基金整理

一、IC设计

半导体行业发展到现阶段，已经形成了IC设计和IC制造分离的模式，主要原因是建设IC制造厂需要花费高达数亿甚至数十亿美元的巨额投资，并且生产工艺日趋复杂，所以当前半导体行业便形成了IC设计和IC制造的专业化分工模式。

从事IC设计的公司一般被称为“Fabless”（Fabrication（制造）和less（无、没有）的组合），其只负责设计与销售，不负责制造，手机厂商中的华为、苹果、小米以及高通和联发科，都属于Fabless。

图2：大家熟知的Fabless

东海基金整理

图3：EDA中显示的集成电路图

图片来源：半导体行业观察

IC制造的过程就如同盖房子一样，Fabless负责房子的设计部分。

IC设计可分成几个步骤，依序为：规格制定→逻辑设计→电路布局→布局后模拟→光罩制作。

规格制定

需求端与IC设计工程师对接，并开出需要的IC的规格，以确定IC的功能、IC封装及管脚定义等，而后IC设计工程师开始设计。

逻辑设计

通过EDA软件的帮助，工程师完成逻辑设计图。

电路布局

将逻辑设计图转化为电路图。

布局后模拟

经由软件测试，试验电路是否符合要求。

光罩制作

电路图完成测试后，将电路制作成一片片光罩，完成后的光罩送往IC制造公司。

二、IC制造

IC的线路布局由Fabless设计好之后，就交由Foundry来对晶圆进行加工，将光罩上的电路加工到晶圆上。

我们常说的台积电就是最为典型的Foundry，他们专注芯片制造，发展相关的工艺和制程，Foundry厂商其实就是Fabless厂商的代工方，俗称“代工厂”。

图4：未经Foundry加工的晶圆

图片来源：百度百科

图5：经Foundry加工后的晶圆

图片来源：半导体行业观察

图6：IC的3D剖面图

图片来源：维基百科

加工晶圆时，可以简单分成几个步骤，依序为：金属溅镀→涂布光阻→蚀刻技术→光阻去除。虽然在实际制造时，制造步骤会复杂的多，使用的材料也有所不同，但是大体上皆采用类似的原理。

金属溅镀

将金属材料均匀洒在晶圆片上，形成薄膜。

涂布光阻

先将光阻材料放在晶圆片上，透过光罩将光束打在不要的部分上，破坏光阻材料结构，再以化学药剂将被破坏的材料洗去。

蚀刻技术

将没有受光阻保护的硅晶圆，以离子束蚀刻。

光阻去除

使用去光阻液将剩下的光阻溶解掉，如此便完成一次流程。

最后便会在一整片晶圆上完成很多IC，接下来只要将完成的方形IC剪下，便可送到封装厂做封装测试。

三、封装测试

经过漫长的流程，从设计到制造，终于获得一颗IC。然而现在的IC相当小且薄，如果不施加保护，会被轻易的刮伤损坏。此外，因为芯片的尺寸微小，如果不用一个较大尺寸的外壳，将不易于安置在电路板上。因此需要对IC进行封装。

目前常见的封装方式有两种，一种是电动玩具内常见的，黑色长得像蜈蚣的DIP封装，另一种为购买盒装CPU时常见的 BGA封装。

图7：DIP封装

图片来源：维基百科

图8：BGA封装

图片来源：维基百科

完成封装后，便要进入测试的阶段，在这个阶段便要确认封装完成的芯片是否能正常的工作，正确无误之后便可出货给组装厂，做成电子产品。至此，芯片便完成了整个生产的任务。

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