芯片的制造基礎(chǔ)就是晶圓，它是芯片的基礎(chǔ)，芯片就是在晶圓基礎(chǔ)上進行加工的。

    在半導(dǎo)體中，總是會提到以尺寸標(biāo)示的晶圓廠，如 8 寸或是 12 寸晶圓廠，晶圓就是制造各式電腦芯片的基礎(chǔ)，是芯片制造的基板。

    我們可以將芯片制造比擬成用樂高積木蓋房子，藉由一層又一層的堆疊，完成各式芯片的制造。

    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(wěn)的基板。

    對芯片制造來說，這個基板就是晶圓。

    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(gòu)造，我們可將兩塊積木穩(wěn)固的疊在一起，且不需使用膠水。

    芯片制造，也是以類似這樣的方式，將后續(xù)添加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，以滿足后續(xù)制造所需的條件。

    在固體材料中，有一種特殊的晶體結(jié)構(gòu)──單晶，它具有原列在一起的特性，可以形成一個平整的原子表層。

    因此，采用單晶做成晶圓，便可以滿足以上的需求。

    原子級別的制造就可以知道這種技術(shù)的難度，原子觀測都難，更不用說加工原子了。

    該如何產(chǎn)生這樣的材料呢？主要有二個步驟，分別為純化以及拉晶，之后便能完成這樣的材料。

    純化分成兩個階段，第一步是冶金級純化，二氧化硅是大自然中非常常見的一種石頭，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化硅轉(zhuǎn)換成 98%以上純度的硅，就像煉鋼一樣。

    但是，98%對于芯片制造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。

    因此，將再進一步采用西門子制程作純化，如此，將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。

    接著，就是拉晶的步驟。

    首先，將前面所獲得的高純度多晶硅融化，形成液態(tài)的硅。之后，以單晶的硅種和液體表面接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種，是因為硅原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓后來的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓后來的原子知道該如何排隊。最后，待離開液面的硅原子凝固后，排列整齊的單晶硅柱便完成了。

    然而，8寸、12寸又代表什么東西呢？他指的是我們產(chǎn)生的晶柱，長得像鉛筆筆桿的部分，表面經(jīng)過處理并切成薄圓片后的直徑。至于制造大尺寸晶圓又有什么難度呢？

    晶柱的制作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型。

    有制作過棉花糖的話，應(yīng)該都知道要做出大而且扎實的棉花糖是相當(dāng)困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉(zhuǎn)拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質(zhì)。

    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(zhì) 12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。

    只是，一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板，為了產(chǎn)生一片一片的硅晶圓，接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片，圓片再經(jīng)由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。

    有了晶圓之后就可以進行芯片的設(shè)計。

    如果是23世紀(jì)文明，這些設(shè)計就可以在“天道”系統(tǒng)里面進行模擬設(shè)計，芯片的制造一個指令就行了，但是現(xiàn)在并沒有這種技術(shù)。

    “天道”是一個高科技的宇宙模擬系統(tǒng)，可以模擬宇宙的規(guī)則，比如重力、引力、化學(xué)特性等等，當(dāng)然這些特性需要人類進行事先的設(shè)置，一旦設(shè)置成功之后，配合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，里面就是一個真正的世界，如果人類突然走進這個虛擬世界，都會分不清現(xiàn)實還是虛幻。

    “天道系統(tǒng)”的作用就是進行科學(xué)研究，可以極大地減少科研成本，也可以設(shè)計虛擬游戲，感受虛擬游戲世界的樂趣。

    目前輝煌科技的天道系統(tǒng)還很低級，僅僅可以做游戲需要大量的人力資源完善。

    IC 設(shè)計是一門非常復(fù)雜的專業(yè)，也多虧了電腦輔助軟體的成熟，才讓復(fù)雜IC 設(shè)計得以變成現(xiàn)實。

    IC 設(shè)計廠十分依賴工程師的智慧，每個步驟都有其專門的知識，皆可獨立成多門專業(yè)的課程，像是撰寫硬體描述語言就不單純的只需要熟悉程式語言，還需要了解邏輯電路是如何運作、如何將所需的演算法轉(zhuǎn)換成程式、合成軟體是如何將程式轉(zhuǎn)換成邏輯閘等問題。

    如果沒有成功的IC設(shè)計圖，擁有再強制造能力都沒有用，IC設(shè)計就相當(dāng)于建筑師的角色，而IC制造就像房地產(chǎn)施工設(shè)備，沒有好的設(shè)計圖和施工設(shè)備就無法建造成合格的芯片。

    在 IC 生產(chǎn)流程中，IC 多由專業(yè) IC 設(shè)計公司進行規(guī)劃、設(shè)計，像是聯(lián)發(fā)科、高通、Intel 等知名大廠，都自行設(shè)計各自的 IC 芯片，提供不同規(guī)格和效能的芯片給下游廠商選擇。

    因為 IC 是由各廠自行設(shè)計，所以 IC 設(shè)計十分仰賴工程師的技術(shù)，工程師的素質(zhì)影響著一間企業(yè)的價值。

    工程師們在設(shè)計一顆 IC 芯片時，究竟有那些步驟呢？

    第一步，芯片規(guī)格制定。

    規(guī)格制定的第一步便是確定 IC 的目的、效能為何，對大方向做設(shè)定。

    接著是察看有哪些協(xié)議要符合，像無線網(wǎng)卡的芯片就需要符合 IEEE 802.11 等規(guī)范，不然，這芯片將無法和市面上的產(chǎn)品相容，使它無法和其他設(shè)備連線。

    最后則是確立這顆 IC 的實作方法，將不同功能分配成不同的單元，并確立不同單元間連結(jié)的方法，如此便完成規(guī)格的制定。

    這個步驟就像是在設(shè)計建筑前，先決定要幾間房間，浴室，廚房如何規(guī)劃，有什么建筑法規(guī)需要遵守，在確定好所有的功能之后再進行設(shè)計，這樣才不用再花額外的時間進行后續(xù)修改。

    第二步，設(shè)計芯片的邏輯代碼，在 IC 芯片中，便是使用硬體描述語言（FPGA）將電路描寫出來，常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等。

    藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC 地功能表達出來。接著就是檢查程式功能的正確性并持續(xù)修改，直到它滿足期望的功能為止。

    這個步驟就像初步記下建筑的規(guī)畫，將整體輪廓描繪出來，方便后續(xù)制圖。

    第三步，邏輯轉(zhuǎn)換。在 IC 設(shè)計中，邏輯合成這個步驟便是將確定無誤的 FPGA代碼放入電子設(shè)計自動化工具（EDA ），讓電腦將 HDL code 轉(zhuǎn)換成邏輯電路，之后，反復(fù)的確定此邏輯閘設(shè)計圖是否符合規(guī)格并修改，直到功能正確為止。

    最后，將合成完的程式碼再放入另一套 EDA tool，進行電路布局與繞線。

    在經(jīng)過不斷的檢測后，便會形成電路圖，圖中可以看到藍、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。

    芯片由層層光罩疊加在一起，最后形成芯片。

    一顆 IC 會產(chǎn)生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務(wù)。

    以電路中最基本的元件 CMOS 為范例，CMOS 名為互補式金屬氧化物半導(dǎo)體，也就是將 NMOS 和 PMOS 兩者做結(jié)合，形成 CMOS，這是一種放大管，是電子的最基本的單元，類似的還有三極管、電子管，我們使用的每一種電子產(chǎn)品都由這種基本單元組合而成。

    電路圖的每種顏色便代表一張光罩。芯片從底層開始，逐層制作光罩，最后便會產(chǎn)生期望的芯片了。