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。使用这个方法,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。
所谓芯片其实就是通过光蚀刻等方法,将传统的电路集成到一片硅片上。
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从上图 3D 剖面图来看,底部深蓝色的部分就是晶圆,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,就是 IC 制作时要完成的地方。
比如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,待油漆干后,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,就由遮盖的方式一层一层的堆叠起来。
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(1)金属溅镀:将欲使用的金属材料均匀洒在晶圆片上,形成一薄膜。
(2)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。接着,再以化学药剂将被破坏的材料洗去。
(3)蚀刻技术:将没有受光阻保护的硅晶圆,以离子束蚀刻。
(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。
要想造个芯片, 首先, 你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry (外包的晶圆制造公司)
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在 IC 设计中,逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 硬件电路,放入电子设计自动化(EDA tool),让电脑将 硬件电路转换成逻辑电路,产生如下的电路图。之后,反复的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改,直到功能正确为止。
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控制单元合成的结果
最后,将合成完的程式码再放入另一套 EDA tool,进行电路布局与绕线(Place And Route)。在经过不断的检测后,便会形成如下的电路图。图中可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色,每种不同的颜色就代表着一张光罩。
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目前最新IC工艺早已进入纳米级,要想用显微镜看清这些产品的线路,那对显微镜的放大倍数有着极高的要求。
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随着芯片的集成度越来越高,芯片内部晶体管的层数也日渐增多,实际内部电路的厚度有时可达约十微米之多