晶片製造過程

晶片製造過程 (Chip Manufacturing Process)
臺北市立第一女子高級中學三年級葉佩雯、劉玠均、陳琬嫣/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

睜眼所見，滿是電子產品充斥的世界，當今的我們已無法忽視它們的存在。但你是否好奇過，是什麼祕方，讓它們如此琳瑯滿目？不就是那塊被稱為「晶片」的東西嗎？至於晶片是如何製作？人們又如何在比薩般大小的晶圓片上玩起分子建築學？讓我們一同來見真章。

（圖片來源：自行繪製。收錄於《奇普士的異想世界》，第37頁）

製造空白晶圓

晶圓、晶片，傻傻分不清楚？打個比方，如果晶片（chip）是一塊塊切好的比薩，那麼晶圓（wafer）便是那尚未切割的比薩皮。矽，在地表中含量豐富，又具有良好的半導體（semiconductor）特性，因此是最適合製作晶圓的基底材料。

所謂「萬丈高樓平地起」，晶片製作的每一個步驟都要在這個晶圓上進行，因此必須先打造一個良好的基底。將切碎的粗矽氯化、分餾純化後，再將熔融態的矽結晶以均勻的速度旋轉並垂直上拉，較純的矽附著在結晶種上像麥芽糖般被拉起，最後形成一條固態的矽晶棒。矽晶棒的兩端呈尖狀、表面凹凸不平，需要切頭、去尾、磨光，再切成厚度0.06cm~0.1cm的晶圓。

沉積

沉積，顧名思義就是在晶圓表面堆積出一層薄膜，薄膜的成分可能是絕緣體、導體或半導體，先用酸液沖洗，移除晶圓板製作時遺留下來的雜質，再用水去除殘留的 化學藥劑，最後將晶圓表面烘乾。接著在晶圓上製造二氧化矽（SiO2）絕緣層，阻斷電流流進晶圓板基底層，避免損壞原件，進而控制絕緣層的品質。

微影

微影，是將設計好的電路圖形精確的轉印到晶圓上。首先，晶圓表面要塗上一層均勻的光阻劑，另外，要準備各個印有電路圖形的玻璃「光罩」。
微影成像時，以紫外線照射光罩，光罩上畫有電路圖的不透光金屬層擋住了光，其餘的部分讓光線通過，使晶圓上的光阻劑改變性質，得以被移除或保留，留下設計的圖樣。不同波長的光對光阻劑影響不一，為了不讓它受干擾，通常都在黃光區（波長560~600nm）進行成像。

蝕刻

蝕刻，是去除微影後晶圓表面不要的部分，使設計圖樣凸出來的過程。每次經蝕刻處理過的晶圓，都要用酸液清潔，像在家中洗盤子一樣，透過溶液與殘留物質的化學變化，進行清除和清潔的動作。

離子植入

半導體雖然叫半「導」體，但它在一般狀態下不會導電。為了讓半導體能夠導電，需添加一些幫助導電的硼離子或磷離子，以類似打靶的方式將它們快速且均勻的打入晶圓裡層。

經過數百道的加工手續，晶圓的製程才告一段落。接著要將晶圓切割成許多「方形」的晶粒，經過加工、封裝、測試等過程後，晶片終於出爐！回首看看身邊的電子商品，瞧瞧它的核心──晶片，是否對它有不同感受了呢？

參考資料
葉佩雯、劉玠均、陳琬嫣（2011），「矽」說從頭──電子電機的前世「晶」生，奇普士的異想世界，第37-40頁。