台积电的制作方法和技巧

‘壹’ 检查IC的五步骤是什么

最近，三星以及台积电在先进半导体制程打得相当火热，彼此都想要在晶圆代工中抢得先机以争取订单，几乎成了 14 纳米与 16 纳米之争，然而 14 纳米与 16 纳米这两个数字的究竟意义为何，指的又是哪个部位？而在缩小工艺后又将来带来什么好处与难题？以下我们将就纳米工艺做简单的说明。

纳米到底有多细微？

在开始之前，要先了解纳米究竟是什么意思。在数学上，纳米是 0.000000001 米，但这是个相当差的例子，毕竟我们只看得到小数点后有很多个零，却没有实际的感觉。如果以指甲厚度做比较的话，或许会比较明显。

用标尺实际测量的话可以得知指甲的厚度约为 0.0001 米（0.1 毫米），也就是说试着把一片指甲的侧面切成 10 万条线，每条线就约等同于 1 纳米，由此可略为想象得到 1 纳米是何等的微小了。

知道纳米有多小之后，还要理解缩小工艺的用意，缩小晶体管的最主要目的，就是可以在更小的芯片中塞入更多的晶体管，让芯片不会因技术提升而变得更大；其次，可以增加处理器的运算效率；再者，减少体积也可以降低耗电量；最后，芯片体积缩小后，更容易塞入行动装置中，满足未来轻薄化的需求。

再回来探究纳米工艺是什么，以 14 纳米为例，其工艺是指在芯片中，线最小可以做到 14 纳米的尺寸，下图为传统晶体管的长相，以此作为例子。缩小晶体管的最主要目的就是为了要减少耗电量，然而要缩小哪个部分才能达到这个目的？左下图中的 L 就是我们期望缩小的部分。借由缩小闸极长度，电流可以用更短的路径从 Drain 端到 Source 端（有兴趣的话可以利用 Google 以 MOSFET 搜寻，会有更详细的解释）。

（Source：www.slideshare.net）

此外，计算机是以 0 和 1 作运算，要如何以晶体管满足这个目的呢？做法就是判断晶体管是否有电流流通。当在 Gate 端（绿色的方块）做电压供给，电流就会从 Drain 端到 Source 端，如果没有供给电压，电流就不会流动，这样就可以表示 1 和 0。（至于为什么要用 0 和 1 作判断，有兴趣的话可以去查布尔代数，我们是使用这个方法作成计算机的）

尺寸缩小有其物理限制

不过，工艺并不能无限制的缩小，当我们将晶体管缩小到 20 纳米左右时，就会遇到量子物理中的问题，让晶体管有漏电的现象，抵销缩小 L 时获得的效益。作为改善方式，就是导入 FinFET（Tri-Gate）这个概念，如右上图。在 Intel 以前所做的解释中，可以知道借由导入这个技术，能减少因物理现象所导致的漏电现象。

（Source：www.slideshare.net）

更重要的是，借由这个方法可以增加 Gate 端和下层的接触面积。在传统的做法中（左上图），接触面只有一个平面，但是采用 FinFET（Tri-Gate）这个技术后，接触面将变成立体，可以轻易的增加接触面积，这样就可以在保持一样的接触面积下让 Source-Drain 端变得更小，对缩小尺寸有相当大的帮助。

最后，则是为什么会有人说各大厂进入 10 纳米制程将面临相当严峻的挑战，主因是 1 颗原子的大小大约为 0.1 纳米，在 10 纳米的情况下，一条线只有不到 100 颗原子，在制作上相当困难，而且只要有一个原子的缺陷，像是在制作过程中有原子掉出或是有杂质，就会产生不知名的现象，影响产品的良率。

如果无法想象这个难度，可以做个小实验。在桌上用 100 个小珠子排成一个 10×10 的正方形，并且剪裁一张纸盖在珠子上，接着用小刷子把旁边的的珠子刷掉，最后使他形成一个 10×5 的长方形。这样就可以知道各大厂所面临到的困境，以及达成这个目标究竟是多么艰巨。

随着三星以及台积电在近期将完成 14 纳米、16 纳米 FinFET 的量产，两者都想争夺 Apple 下一代的 iPhone 芯片代工，我们将看到相当精彩的商业竞争，同时也将获得更加省电、轻薄的手机，要感谢摩尔定律所带来的好处呢。

【半导体科普】半导体产业的根基：硅晶圆是什么？

在半导体的新闻中，总是会提到以尺寸标示的晶圆厂，如 8 吋或是 12 吋晶圆厂，然而，所谓的晶圆到底是什么东西？其中 8 吋指的是什么部分？要产出大尺寸的晶圆制造又有什么难度呢？以下将逐步介绍半导体最重要的基础——“晶圆”到底是什么。

何谓晶圆？

晶圆（wafer），是制造各式计算机芯片的基础。我们可以将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子，借由一层又一层的堆栈，完成自己期望的造型（也就是各式芯片）。然而，如果没有良好的地基，盖出来的房子就会歪来歪去，不合自己所意，为了做出完美的房子，便需要一个平稳的基板。对芯片制造来说，这个基板就是接下来将描述的晶圆。

（Souse：Flickr/Jonathan Stewart?CC BY 2.0）

首先，先回想一下小时候在玩乐高积木时，积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物，借由这个构造，我们可将两块积木稳固的迭在一起，且不需使用胶水。芯片制造，也是以类似这样的方式，将后续添加的原子和基板固定在一起。因此，我们需要寻找表面整齐的基板，以满足后续制造所需的条件。

在固体材料中，有一种特殊的晶体结构──单晶（Monocrystalline）。它具有原子一个接着一个紧密排列在一起的特性，可以形成一个平整的原子表层。因此，采用单晶做成晶圆，便可以满足以上的需求。然而，该如何产生这样的材料呢，主要有二个步骤，分别为纯化以及拉晶，之后便能完成这样的材料。

如何制造单晶的晶圆

纯化分成两个阶段，第一步是冶金级纯化，此一过程主要是加入碳，以氧化还原的方式，将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅。大部份的金属提炼，像是铁或铜等金属，皆是采用这样的方式获得足够纯度的金属。但是，98% 对于芯片制造来说依旧不够，仍需要进一步提升。因此，将再进一步采用西门子制程（Siemens process）作纯化，如此，将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。

▲硅柱制造流程（Source: Wikipedia）

接着，就是拉晶的步骤。首先，将前面所获得的高纯度多晶硅融化，形成液态的硅。之后，以单晶的硅种（seed）和液体表面接触，一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种，是因为硅原子排列就和人排队一样，会需要排头让后来的人该如何正确的排列，硅种便是重要的排头，让后来的原子知道该如何排队。最后，待离开液面的硅原子凝固后，排列整齐的单晶硅柱便完成了。

单晶硅柱（Souse：Wikipedia）

然而，8吋、12吋又代表什么东西呢？他指的是我们产生的晶柱，长得像铅笔笔杆的部分，表面经过处理并切成薄圆片后的直径。至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢？如前面所说，晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样，一边旋转一边成型。有制作过棉花糖的话，应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的，而拉晶的过程也是一样，旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的质量。也因此，尺寸愈大时，拉晶对速度与温度的要求就更高，因此要做出高质量 12 吋晶圆的难度就比 8 吋晶圆还来得高。

只是，一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板，为了产生一片一片的硅晶圆，接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片，圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。经过这么多步骤，芯片基板的制造便大功告成，下一步便是堆栈房子的步骤，也就是芯片制造。至于该如何制作芯片呢？接着往下看。

【半导体科普】IC 芯片的制造，层层打造的高科技工艺

在介绍过硅晶圆是什么东西后，同时，也知道制造 IC 芯片就像是用乐高积木盖房子一样，借由一层又一层的堆栈，创造自己所期望的造型。然而，盖房子有相当多的步骤，IC 制造也是一样，制造 IC 究竟有哪些步骤？本文将将就 IC 芯片制造的流程做介绍。

层层堆栈的芯片架构

在开始前，我们要先认识 IC 芯片是什么。IC，全名集成电路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是将设计好的电路，以堆栈的方式组合起来。借由这个方法，我们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梁和柱，一层一层堆栈，这也就是为何会将 IC 制造比拟成盖房子。

▲ IC 芯片的 3D 剖面图。（Source：Wikipedia）

从上图中 IC 芯片的 3D 剖面图来看，底部深蓝色的部分就是上一篇介绍的晶圆，从这张图可以更明确的知道，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，则是于 IC 制作时要完成的地方。

首先，在这里可以将红色的部分比拟成高楼中的一楼大厅。一楼大厅，是一栋房子的门户，出入都由这里，在掌握交通下通常会有较多的机能性。因此，和其他楼层相比，在兴建时会比较复杂，需要较多的步骤。在 IC 电路中，这个大厅就是逻辑闸层，它是整颗 IC 中最重要的部分，借由将多种逻辑闸组合在一起，完成功能齐全的 IC 芯片。

黄色的部分，则像是一般的楼层。和一楼相比，不会有太复杂的构造，而且每层楼在兴建时也不会有太多变化。这一层的目的，是将红色部分的逻辑闸相连在一起。之所以需要这么多层，是因为有太多线路要连结在一起，在单层无法容纳所有的线路下，就要多迭几层来达成这个目标了。在这之中，不同层的线路会上下相连以满足接线的需求。

分层施工，逐层架构

知道 IC 的构造后，接下来要介绍该如何制作。试想一下，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，借由遮盖的方式一层一层的堆栈起来。

制作 IC 时，可以简单分成以上 4 种步骤。虽然实际制造时，制造的步骤会有差异，使用的材料也有所不同，但是大体上皆采用类似的原理。这个流程和油漆作画有些许不同，IC 制造是先涂料再加做遮盖，油漆作画则是先遮盖再作画。以下将介绍各流程。

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（光罩原理留待下次说明），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。
最后便会在一整片晶圆上完成很多 IC 芯片，接下来只要将完成的方形 IC 芯片剪下，便可送到封装厂做封装，至于封装厂是什么东西？就要待之后再做说明啰。

▲ 各种尺寸晶圆的比较。（Source：Wikipedia）

【半导体科普】IC 功能的关键，复杂繁琐的芯片设计流程

在前面已经介绍过芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上迭的芯片制造流程后，就可产出必要的 IC 芯片。然而，没有设计图，拥有再强制造能力都没有用，因此，建筑师的角色相当重要。但是 IC 设计中的建筑师究竟是谁呢？接下来要针对 IC 设计做介绍。

在 IC 生产流程中，IC 多由专业 IC 设计公司进行规划、设计，像是联发科、高通、Intel 等知名大厂，都自行设计各自的 IC 芯片，提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。因为 IC 是由各厂自行设计，所以 IC 设计十分仰赖工程师的技术，工程师的素质影响着一间企业的价值。然而，工程师们在设计一颗 IC 芯片时，究竟有那些步骤？设计流程可以简单分成如下。

设计第一步，订定目标

在 IC 设计中，最重要的步骤就是规格制定。这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间、浴室，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后在进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。IC 设计也需要经过类似的步骤，才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。

规格制定的第一步便是确定 IC 的目的、效能为何，对大方向做设定。接着是察看有哪些协议要符合，像无线网卡的芯片就需要符合 IEEE 802.11 等规范，不然，这芯片将无法和市面上的产品兼容，使它无法和其他设备联机。最后则是确立这颗 IC 的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间链接的方法，如此便完成规格的制定。

设计完规格后，接着就是设计芯片的细节了。这个步骤就像初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。在 IC 芯片中，便是使用硬件描述语言（HDL）将电路描写出来。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，借由程序代码便可轻易地将一颗 IC 地菜单达出来。接着就是检查程序功能的正确性并持续修改，直到它满足期望的功能为止。

▲ 32 bits 加法器的 Verilog 范例。

有了计算机，事情都变得容易

有了完整规画后，接下来便是画出平面的设计蓝图。在 IC 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让计算机将 HDL code 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。

▲ 控制单元合成后的结果。

最后，将合成完的程序代码再放入另一套 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。至于光罩究竟要如何运用呢？

▲ 常用的演算芯片- FFT 芯片，完成电路布局与绕线的结果。

层层光罩，迭起一颗芯片

首先，目前已经知道一颗 IC 会产生多张的光罩，这些光罩有上下层的分别，每层有各自的任务。下图为简单的光罩例子，以集成电路中最基本的组件 CMOS 为范例，CMOS 全名为互补式金属氧化物半导体（Complementary metal–oxide–semiconctor），也就是将 NMOS 和 PMOS 两者做结合，形成 CMOS。至于什么是金属氧化物半导体（MOS）？这种在芯片中广泛使用的组件比较难说明，一般读者也较难弄清，在这里就不多加细究。

下图中，左边就是经过电路布局与绕线后形成的电路图，在前面已经知道每种颜色便代表一张光罩。右边则是将每张光罩摊开的样子。制作是，便由底层开始，依循上一篇 IC 芯片的制造中所提的方法，逐层制作，最后便会产生期望的芯片了。

至此，对于 IC 设计应该有初步的了解，整体看来就很清楚 IC 设计是一门非常复杂的专业，也多亏了计算机辅助软件的成熟，让 IC 设计得以加速。IC 设计厂十分依赖工程师的智能，这里所述的每个步骤都有其专门的知识，皆可独立成多门专业的课程，像是撰写硬件描述语言就不单纯的只需要熟悉程序语言，还需要了解逻辑电路是如何运作、如何将所需的算法转换成程序、合成软件是如何将程序转换成逻辑闸等问题。

在了解 IC 设计师如同建筑师，晶圆代工厂是建筑营造厂之后，接下来该暸解最终如何把芯片包装成一般用户所熟知的外观，也就是“封装”。下面将介绍 IC 封装是什么以及几个重要的技术。

【半导体科普】封装，IC 芯片的最终防护与统整

经过漫长的流程，从设计到制造，终于获得一颗 IC 芯片了。然而一颗芯片相当小且薄，如果不在外施加保护，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，将不易以人工安置在电路板上。因此，本文接下来要针对封装加以描述介绍。

目前常见的封装有两种，一种是电动玩具内常见的，黑色长得像蜈蚣的 DIP 封装，另一为购买盒装 CPU 时常见的 BGA 封装。至于其他的封装法，还有早期 CPU 使用的 PGA（Pin Grid Array；Pin Grid Array）或是 DIP 的改良版 QFP（塑料方形扁平封装）等。因为有太多种封装法，以下将对 DIP 以及 BGA 封装做介绍。

传统封装，历久不衰

首先要介绍的是双排直立式封装（Dual Inline Package；DIP），从下图可以看到采用此封装的 IC 芯片在双排接脚下，看起来会像条黑色蜈蚣，让人印象深刻，此封装法为最早采用的 IC 封装技术，具有成本低廉的优势，适合小型且不需接太多线的芯片。但是，因为大多采用的是塑料，散热效果较差，无法满足现行高速芯片的要求。因此，使用此封装的，大多是历久不衰的芯片，如下图中的 OP741，或是对运作速度没那么要求且芯片较小、接孔较少的 IC 芯片。

▲ 左图的 IC 芯片为 OP741，是常见的电压放大器。右图为它的剖面图，这个封装是以金线将芯片接到金属接脚（Leadframe）。（Source ：左图Wikipedia、右图Wikipedia）

至于球格数组（Ball Grid Array，BGA）封装，和 DIP 相比封装体积较小，可轻易的放入体积较小的装置中。此外，因为接脚位在芯片下方，和 DIP 相比，可容纳更多的金属接脚，相当适合需要较多接点的芯片。然而，采用这种封装法成本较高且连接的方法较复杂，因此大多用在高单价的产品上。

▲ 左图为采用 BGA 封装的芯片，主流的 X86 CPU 大多使用这种封装法。右图为使用覆晶封装的 BGA 示意图。（Source： 左图Wikipedia）

移动设备兴起，新技术跃上舞台

然而，使用以上这些封装法，会耗费掉相当大的体积。像现在的移动设备、可穿戴设备等，需要相当多种组件，如果各个组件都独立封装，组合起来将耗费非常大的空间，因此目前有两种方法，可满足缩小体积的要求，分别为 SoC（System On Chip）以及 SiP（System In Packet）。

在智能型手机刚兴起时，在各大财经杂志上皆可发现 SoC 这个名词，然而 SoC 究竟是什么东西？简单来说，就是将原本不同功能的 IC，整合在一颗芯片中。借由这个方法，不单可以缩小体积，还可以缩小不同 IC 间的距离，提升芯片的计算速度。至于制作方法，便是在 IC 设计时间时，将各个不同的 IC 放在一起，再透过先前介绍的设计流程，制作成一张光罩。

然而，SoC 并非只有优点，要设计一颗 SoC 需要相当多的技术配合。IC 芯片各自封装时，各有封装外部保护，且 IC 与 IC 间的距离较远，比较不会发生交互干扰的情形。但是，当将所有 IC 都包装在一起时，就是噩梦的开始。IC 设计厂要从原先的单纯设计 IC，变成了解并整合各个功能的 IC，增加工程师的工作量。此外，也会遇到很多的状况，像是通讯芯片的高频讯号可能会影响其他功能的 IC 等情形。

此外，SoC 还需要获得其他厂商的 IP（intellectual property）授权，才能将别人设计好的组件放到 SoC 中。因为制作 SoC 需要获得整颗 IC 的设计细节，才能做成完整的光罩，这同时也增加了 SoC 的设计成本。或许会有人质疑何不自己设计一颗就好了呢？因为设计各种 IC 需要大量和该 IC 相关的知识，只有像 Apple 这样多金的企业，才有预算能从各知名企业挖角顶尖工程师，以设计一颗全新的 IC，透过合作授权还是比自行研发划算多了。

折衷方案，SiP 现身

作为替代方案，SiP 跃上整合芯片的舞台。和 SoC 不同，它是购买各家的 IC，在最后一次封装这些 IC，如此便少了 IP 授权这一步，大幅减少设计成本。此外，因为它们是各自独立的 IC，彼此的干扰程度大幅下降。

▲ Apple Watch 采用 SiP 技术将整个计算机架构封装成一颗芯片，不单满足期望的效能还缩小体积，让手表有更多的空间放电池。（Source：Apple 官网）

采用 SiP 技术的产品，最着名的非 Apple Watch 莫属。因为 Watch 的内部空间太小，它无法采用传统的技术，SoC 的设计成本又太高，SiP 成了首要之选。借由 SiP 技术，不单可缩小体积，还可拉近各个 IC 间的距离，成为可行的折衷方案。下图便是 Apple Watch 芯片的结构图，可以看到相当多的 IC 包含在其中。

▲ Apple Watch 中采用 SiP 封装的 S1 芯片内部配置图。（Source：chipworks）

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的 IC 是否有正常的运作，正确无误之后便可出货给组装厂，做成我们所见的电子产品。至此，半导体产业便完成了整个生产的任务。

‘贰’ 硅基芯片物理极限是七纳米，为何台积电却依然能做出五纳米的芯片

其实在各种芯片领域，所谓的物理极限都只是当时人们技术水平不够所导致的理论极限，就比如在若干年之前，当时研究硅基芯片的人难道会想到现在的硅基芯片能做成这样吗？时代是在进步的，人类的科技水平每日都在更新，硅基芯片的物理极限被不断被突破是一个非常正常的现象。

随着人类的工艺进程不断突破物理上的极限，人类的制造工艺也会达到一个又一个新的标准，不想被时代抛弃的话，只能不断的自我进步，芯片绝对是世界上一个经久不衰的领域，这个领域的突破是可以直接代表了人类在科技水平上的突破。

‘叁’ 台积电4nm工艺将提前量产，台积电的芯片为何如此厉害

台积电是全球最大的芯片制造商，拥有世界最先进的芯片生产技术。台积电的市场价值甚至超过了美国芯片巨头英特尔。

日前，台积电在其官网所披露的二季度财报分析师电话会议材料中，提及4nm工艺的。台积电CEO、副董事长魏哲家在会上表示，他们将推出4nm工艺，作为5nm工艺家族的延伸。4nm工艺将兼容5nm工艺的设计规则，计划在2022年大规模量产。

台积电的业务厉害在哪？

台积电主营业务是芯片加工，而芯片加工主要依赖于光刻机，而光刻机，真的很难。比芯片要难得多，而真正高端芯片用到的顶尖光刻机，全世界只有荷兰的ASML可以生产。而这个公司的股东飞利浦也是最初台积电的股东。也就是因为这一层关系，台积电才能沾光做大。如果ASML不卖光刻机给它了，台积电也就是个普通的芯片加工企业。而ASML虽是荷兰企业，股东却是美国及其盟友企业，高端光刻机对大陆封锁。

‘肆’ 低功耗CPU是怎么做到的CPU是如何工作的

低功耗CPU其实就是通过更高密度的制造工艺做到的，而且CPU往往是通过集成电路加上代码运行程序才可以实现运作。

一、低功耗CPU是通过高密度制造工艺做到的

其实目前的手机CPU已经实现了两纳米的制造工艺，而且这种工艺最终也会在明年的时候全面商用，这对于许多消费者来说都是一个新鲜事物，毕竟大家很关注低功耗的CPU是怎么样的，同时也关注CPU的运作过程，但是对于某些具体的参数未必就能够耳熟能详。但是不管怎么说，目前CPU制造工艺的进一步提升，这将能够直接改变手机市场以及消费者的体验。

‘伍’ 台积电是做什么的

台湾积体电路制造股份有限公司，中文简称：台积电，英文简称：tsmc，属于半导体制造公司。成立于1987年，是全球第一家专业积体电路制造服务（晶圆代工foundry）企业，总部与主要工厂位于中国台湾省新竹市科学园区。

目前台积电的主要营收，就来自于这些世界上赫赫有名的芯片设计公司们，根据财报猜测，目前台积电前两大客户分别是苹果与华为海思，两大手机芯片巨头贡献台积电收入超过40%，紧跟其后的则是高通、博通、NVIDIA、AMD、联发科等世界上最着名的芯片设计企业。

(5)台积电的制作方法和技巧扩展阅读

台积电可以说是创造了芯片代工产业。以前的芯片设计公司都是设计之后自己制造的，典型的现在的因特尔还是这个模式。后来随着芯片技术越来越先进，制造芯片的成本也就越来越高，风险随之也就越来越大。张忠谋看准了这个时机创造了台积电。某种意义上说台积电就是硅谷第一次产业升级以及亚洲四小龙崛起的标志。

2020年7月16日，在台积电二季度业绩说明会上，发言人在会上透露，未计划在9月14日之后为华为技术有限公司继续供货。而美国政府5月15日宣布的对华为限制新规将于9月15日生效。2020年7月13日，台媒钜亨网曾报道，台积电已向美国政府递交意见书，希望能在华为禁令120天宽限期满之后，可继续为华为供货。

‘陆’ tsmc mmy技巧

tsmc mmy技巧如下：

• 数组在物理内存上必须是连续的。

• 链表在物理内存上不需要连续，通过指针连接。

• 数组最好的性质就是可以随机访问 random access，有了 index，可以 O(1) 的时间访问到元素。

tsmc mmy属于指针编程，快慢指针一起从 head 出发，每次快指针走 2 步，慢指针只走 1 步，如果存在环，那么两个指针一定会相遇。而快慢指针有一个永远不变的真理：快指针走的长度永远是慢指针走的长度的 2 倍。

‘柒’ 集成电路是怎样制造出来

微电子技术涉及的行业很多,包括化工、光电技术、半导体材料、精密设备制造、软件等,其中又以集成电路技术为核心,包括集成电路的设计、制造.集成电路(IC)常用基本概念有:

晶圆,多指单晶硅圆片,由普通硅沙拉制提炼而成,是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至更大规格.晶圆越大,同一圆片上可生产的IC就多,可降低成本;但要求材料技术和生产技术更高.

前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后,其切割、封装等工序被称为后工序.

光刻:IC生产的主要工艺手段,指用光技术在晶圆上刻蚀电路.

线宽:4微米/1微米/0.6微未/0.35微米/035微米等,是指IC生产工艺可达到的最小导线宽度,是IC工艺先进水平的主要指标.线宽越小,集成度就高,在同一面积上就集成更多电路单元.

封装:指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接.

存储器:专门用于保存数据信息的IC.

逻辑电路:以二进制为原理的数字电路。

1.集成电路
随着电子技术的发展及各种电器的普及，集成电路的应用越来越广，大到飞入太空的"神州五号"，小到我们身边的电子手表，里面都有我们下面将要说到的集成电路。
我们将各种电子元器件以相互联系的状态集成到半导体材料（主要是硅）或者绝缘体材料薄层片子上，再用一个管壳将其封装起来，构成一个完整的、具有一定功能的电路或系统。这种有一定功能的电路或系统就是集成电路了。就像人体由不同器官组成，各个器官各司其能而又相辅相成，少掉任何一部分都不能完整地工作一样。任何一个集成电路要工作就必须具有接收信号的输入端口、发送信号的输出端口以及对信号进行处理的控制电路。输入、输出（I/O）端口简单的说就是我们经常看到的插口或者插头，而控制电路是看不到的，这是集成电路制造厂在净化间里制造出来的。
如果将集成电路按集成度高低分类，可以分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）。近年来出现的特大规模集成电路（UISI），以小于1um为最小的设计尺寸，这样将在每个片子上有一千万到一亿个元件。

2.系统芯片（SOC）
不知道大家有没有看过美国大片《终结者》，在看电影的时候，有没有想过，机器人为什么能够像人一样分析各种问题，作出各种动作，好像他也有大脑，也有记忆一样。其实他里面就是有个系统芯片（SOC）在工作。当然，那个是科幻片，科技还没有发展到那个水平。但是SOC已成为集成电路设计学领域里的一大热点。在不久的未来，它就可以像"终结者"一样进行工作了。
系统芯片是采用低于0.6um工艺尺寸的电路，包含一个或者多个微处理器（大脑），并且有相当容量的存储器（用来记忆），在一块芯片上实现多种电路，能够自主地工作，这里的多种电路就是对信号进行操作的各种电路，就像我们的手、脚，各有各的功能。这种集成电路可以重复使用原来就已经设计好的功能复杂的电路模块，这就给设计者节省了大量时间。
SOC技术被广泛认同的根本原因，并不在于它拥有什么非常特别的功能，而在于它可以在较短的时间内被设计出来。SOC的主要价值是可以有效地降低电子信息系统产品的开发成本，缩短产品的上市周期，增强产品的市场竞争力。

3.集成电路设计
对于"设计"这个词，大家肯定不会感到陌生。在修建三峡水电站之前，我们首先要根据地理位置、水流缓急等情况把它在电脑上设计出来。制造集成电路同样也要根据所需要电路的功能把它在电脑上设计出来。
集成电路设计简单的说就是设计硬件电路。我们在做任何事情之前都会仔细地思考究竟怎么样才能更好地完成这件事以达到我们预期的目的。我们需要一个安排、一个思路。设计集成电路时，设计者首先根据对电路性能和功能的要求提出设计构思。然后将这样一个构思逐步细化，利用电子设计自动化软件实现具有这些性能和功能的集成电路。假如我们现在需要一个火警电路，当室内的温度高于50℃就报警。设计者将按照我们的要求构思，在计算机上利用软件完成设计版图并模拟测试。如果模拟测试成功，就可以说已经实现了我们所要的电路。
集成电路设计一般可分为层次化设计和结构化设计。层次化设计就是把复杂的系统简化，分为一层一层的，这样有利于发现并纠正错误；结构化设计则是把复杂的系统分为可操作的几个部分，允许一个设计者只设计其中一部分或更多，这样其他设计者就可以利用他已经设计好的部分，达到资源共享。

4.硅片制造
我们知道许多电器中都有一些薄片，这些薄片在电器中发挥着重要的作用，它们都是以硅片为原材料制造出来的。硅片制造为芯片的生产提供了所需的硅片。那么硅片又是怎样制造出来的呢？
硅片是从大块的硅晶体上切割下来的，而这些大块的硅晶体是由普通硅沙拉制提炼而成的。可能我们有这样的经历，块糖在温度高的时候就会熔化，要是粘到手上就会拉出一条细丝，而当细丝拉到离那颗糖较远的地方时就会变硬。其实我们这儿制造硅片，首先就是利用这个原理，将普通的硅熔化，拉制出大块的硅晶体。然后将头部和尾部切掉，再用机械对其进行修整至合适直径。这时看到的就是有合适直径和一定长度的"硅棒"。再把"硅棒"切成一片一片薄薄的圆片，圆片每一处的厚度必须是近似相等的，这是硅片制造中比较关键的工作。最后再通过腐蚀去除切割时残留的损伤。这时候一片片完美的硅圆片就制造出来了。

5.硅单晶圆片
我们制造一个芯片，需要先将普通的硅制造成硅单晶圆片，然后再通过一系列工艺步骤将硅单晶圆片制造成芯片。下面我们就来看一下什么是硅单晶圆片。
从材料上看，硅单晶圆片的主要材料是硅，而且是单晶硅；从形状上看，它是圆形片状的。硅单晶圆片是最常用的半导体材料，它是硅到芯片制造过程中的一个状态，是为了芯片生产而制造出来的集成电路原材料。它是在超净化间里通过各种工艺流程制造出来的圆形薄片，这样的薄片必须两面近似平行且足够平整。硅单晶圆片越大,同一圆片上生产的集成电路就越多,这样既可降低成本，又能提高成品率，但材料技术和生产技术要求会更高。
如果按直径分类，硅单晶圆片可以分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来又发展出12英寸甚至更大规格。最近国内最大的硅单晶圆片制造厂——中芯国际就准备在北京建设一条12英寸的晶圆生长线。

6.芯片制造
随着科学技术的飞速发展，芯片的性能越来越高，而体积却越来越小。我们在使用各种电子产品时无不叹服现代科技所创造的奇迹。而这样的奇迹，你知道是怎样被创造出来的吗？
芯片是用地球上最普遍的元素硅制造出来的。地球上呈矿石形态的砂子，在对它进行极不寻常的加工转变之后，这种简单的元素就变成了用来制作集成电路芯片的硅片。
我们把电脑上设计出来的电路图用光照到金属薄膜上，制造出掩膜。就象灯光从门缝透过来，在地上形成光条，若光和金属薄膜能起作用而使金属薄膜在光照到的地方形成孔，那就在其表面有电路的地方形成了孔，这样就制作好了掩膜。我们再把刚制作好的掩膜盖在硅片上，当光通过掩膜照射，电路图就"印制"在硅晶片上。如果我们按照电路图使应该导电的地方连通，应该绝缘的地方断开，这样我们就在硅片上形成了所需要的电路。我们需要多个掩膜，形成上下多层连通的电路，那么就将原来的硅片制造成了芯片。所以我们说硅片是芯片制造的原材料，硅片制造是为芯片制造准备的。

7.EMS
提起EMS，大家可能会想到邮政特快专递，但我们集成电路产业里面所说的EMS是指没有自己的品牌产品，专门替品牌厂商生产的电子合约制造商，也称电子制造服务企业。那么就让我们来看一下电子合约制造商到底是干什么的。
所谓电子合约制造商，就是把别人的定单拿过来，替别人加工生产，就像是我们请钟点工回来打扫卫生、做饭一样，他们必须按照我们的要求来做事。EMS在各个方面，各个环节都有优势，从采购到生产、销售甚至在设计方面都具有自己的特色。因而它成了专门为品牌厂商生产商品的企业。EMS的优势在于它的制造成本低，反应速度快，有自己一定的设计能力和强大的物流渠道。
最近，一些国际知名的EMS电子制造商正在将他们的制造基地向中国全面转移。他们的到来当然会冲击国内做制造的企业。但是对其他企业来说可能就是个好消息，因为这些EMS必须要依靠本地的供应商提供零部件。

8.流片
在观看了电影《摩登时代》后，我们可能经常想起卓别林钮螺丝的那个镜头。大家知道影片中那种流水线一样的生产就是生产线。只是随着科学技术的发展，在现在的生产线上卓别林所演的角色已经被机器取代了。我们像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片，这就是流片。
在芯片制造过程中一般有两段时间可以叫做流片。在大规模生产芯片时，那流水线一样地生产就是其中之一。大家可能很早就已经知道了这个过程叫流片，但下面这种情况就不能尽说其详了。我们在搞设计的时候发现某个地方可以进行修改以取得更好的效果，但又怕这样的修改会给芯片带来意想不到的后果，如果根据这样一个有问题的设计大规模地制造芯片，那么损失就会很大。所以为了测试集成电路设计是否成功，必须进行流片，即从一个电路图到一块芯片，检验每一个工艺步骤是否可行，检验电路是否具备我们所要的性能和功能。如果流片成功，就可以大规模地制造芯片；反之，我们就需要找出其中的原因，并进行相应的优化设计。

9.多项目晶圆（MPW）
随着制造工艺水平的提高，在生产线上制造芯片的费用不断上涨，一次0.6微米工艺的生产费用就要20-30万元，而一次0.35微米工艺的生产费用则需要60-80万元。如果设计中存在问题，那么制造出来的所有芯片将全部报废。为了降低成本，我们采用了多项目晶圆。
所谓多项目晶圆(简称MPW)，就是将多种具有相同工艺的集成电路设计放在同一个硅圆片上、在同一生产线上生产，生产出来后，每个设计项目可以得到数十片芯片样品，这一数量足够用于设计开发阶段的实验、测试。而实验费用就由所有参加多项目晶圆的项目按照各自所占的芯片面积分摊，极大地降低了实验成本。这就很象我们都想吃巧克力，但是我们没有必要每个人都去买一盒，可以只买来一盒分着吃，然后按照各人吃了多少付钱。
多项目晶圆提高了设计效率，降低了开发成本，为设计人员提供了实践机会，并促进了集成电路设计成果转化，对IC设计人才的培训，及新产品的开发研制均有相当的促进作用。

10.晶圆代工
我们知道中芯国际是中国大陆知名的IT企业，可能也听说了这样一个消息，就是"台积电"将要来大陆投资建厂。他们所从事的工作都是晶圆代工。那现在让我们来了解一下什么是晶圆代工。
我们是熟悉加工坊的，它使用各种设备把客户送过去需要加工的小麦、水稻加工成为需要的面粉、大米等。这样就没有必要每个需要加工粮食的人都来建造加工坊。我们现在的晶圆代工厂就像是一个加工坊。晶圆代工就是向专业的集成电路设计公司或电子厂商提供专门的制造服务。这种经营模式使得集成电路设计公司不需要自己承担造价昂贵的厂房，就能生产。这就意味着，台积电等晶圆代工商将庞大的建厂风险分摊到广大的客户群以及多样化的产品上，从而集中开发更先进的制造流程。
随着半导体技术的发展，晶圆代工所需投资也越来越大，现在最普遍采用的8英寸生产线，投资建成一条就需要10亿美元。尽管如此，很多晶圆代工厂还是投进去很多资金、采购了很多设备。这足以说明晶圆代工将在不久的未来取得很大发展，占全球半导体产业的比重也将与日俱增。

11.SMT
我们经常会看到电器里有块板子，上面有很多电子器件。要是有机会看到板子的背面，你将看到正面器件的"脚"都通过板子上的孔到背面来了。现在出现了一种新兴技术，比我们刚才说的穿孔技术有更多优点。
SMT 即表面贴装技术，是电子组装业中的一个新秀。随着电子产品的小型化，占面积太大的穿孔技术将不再适合，只能采用表面贴装技术。它不需要在板上穿孔，而是直接贴在正面。当然器件的"脚"就得短一点，细一点。SMT使电子组装变得越来越快速和简单，使电子产品的更新换代速度越来越快，价格也越来越低。这样厂方就会更乐意采用这种技术以低成本高产量生产出优质产品以满足顾客需求和加强市场竞争力。
SMT的组装密度高、电子产品体积和重量只有原来的十分之一左右。一般采用SMT技术后，电子产品的可靠性高，抗振能力强。而且SMT易于实现自动化，能够提高生产效率，降低成本，这样就节省了大量的能源、设备、人力和时间。

12.芯片封装
我们在走进商场的时候，就会发现里面几乎每个商品都被包装过。那么我们即将说到的封装和包装有什么区别呢？
封装就是安装半导体集成电路芯片用的外壳。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电路性能下降，所以封装是至关重要的。封装后的芯片也更便于安装和运输。封装的这些作用和包装是基本相似的，但它又有独特之处。封装不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电路性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对 CPU和其他大规模集成电路都起着重要的作用。随着CPU和其他大规模电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展。
芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，芯片面积与封装面积之比（衡量封装技术水平的主要指标）越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能也越来越好。它还具有重量小，可靠性高，使用方便等优点。

13.芯片测试
为了能在当今激烈的市场竞争中立于不败之地，电子产品的生产厂家就必需确保产品质量。而为了保证产品质量，在生产过程中就需要采用各类测试技术进行检测，以及时发现缺陷和故障并进行修复。
我们在使用某个芯片的时候，经常发现这样的现象，就是芯片的其中几个引脚没有用到。我们甚至还会以为这样子使用这个芯片是用错了。其实这几个引脚是用来测试用的。在芯片被制造出来之后，还要由芯片测试工程师对芯片进行测试，看这些生产出来的芯片的性能是否符合要求、芯片的功能是否能够实现。实际上，我们这种测试方法只是接触式测试，芯片测试技术中还有非接触式测试。
随着线路板上元器件组装密度的提高，传统的电路接触式测试受到了极大的限制，而非接触式测试的应用越来越普遍。所谓非接触测试，主要就是利用光这种物质对制造过程中或者已经制造出来的芯片进行测试。这就好像一个人觉得腿痛，他就去医院进行一个X光透视，看看腿是不是出现骨折或者其他问题。这种方法不会收到元器件密度的影响，能够以很快的测试速度找出缺陷。
14.覆晶封装技术
我们都知道鸟笼是用竹棒把上下两块木板撑出一个空间，鸟就生活在这里面。我们将要说到的覆晶封装和鸟笼是有相似之处的。下面我们就来看一下什么是覆晶封装技术。
我们通常把晶片经过一系列工艺后形成了电路结构的一面称作晶片的正面。原先的封装技术是在衬底之上的晶片的正面是一直朝上的，而覆晶技术是将晶片的正面反过来，在晶片（看作上面那块板）和衬底（看作下面那块板）之间及电路的外围使用凸块（看作竹棒）连接，也就是说，由晶片、衬底、凸块形成了一个空间，而电路结构（看作鸟）就在这个空间里面。这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等优点。
随着半导体业的迅速发展，覆晶封装技术势必成为封装业的主流。典型的覆晶封装结构是由凸块下面的冶金层、焊点、金属垫层所构成，因此冶金层在元件作用时的消耗将严重影响到整个结构的可靠度和元件的使用寿命。

15.凸块制程
我们小时候经常玩橡皮泥，可能还这样子玩过，就是先把橡皮泥捏成一个头状，再在上面加上眼睛、鼻子、耳朵等。而我们长凸块就和刚刚说到的"长"眼睛、鼻子、耳朵差不多了。
晶圆制造完成后，在晶圆上进行长凸块制程。在晶圆上生长凸块后，我们所看到的就像是一个平底锅，锅的边沿就是凸块，而中间部分就是用来形成电路结构的。按凸块的结构分，可以把它分为本体和球下冶金层（UBM）两个部分。
就目前晶圆凸块制程而言，可分为印刷技术和电镀技术，两种技术各擅胜场。就电镀技术而言，其优势是能提供更好的线宽和凸块平面度，可提供较大的芯片面积，同时电镀凸块技术适合高铅制程的特性，可更大幅度地提高芯片的可靠度，增加芯片的强度与运作效能。而印刷技术的制作成本低廉较具有弹性，适用于大量和小量的生产，但是制程控制不易，使得这种方法较少运用于生产凸块间距小于150μm的产品。

16.晶圆级封装
在一些古董展览会上，我们经常会看到这样的情形，即用一只玻璃罩罩在古董上。为了空气不腐蚀古董，还会采用一些方法使玻璃罩和下面的座垫之间密封。下面我们借用这个例子来理解晶圆级封装。
晶圆级封装(WLP)就是在其上已经有某些电路微结构（好比古董）的晶片（好比座垫）与另一块经腐蚀带有空腔的晶片（好比玻璃罩）用化学键结合在一起。在这些电路微结构体的上面就形成了一个带有密闭空腔的保护体（硅帽），可以避免器件在以后的工艺步骤中遭到损坏，也保证了晶片的清洁和结构体免受污染。这种方法使得微结构体处于真空或惰性气体环境中，因而能够提高器件的品质。
随着IC芯片的功能与高度集成的需求越来越大，目前半导体封装产业正向晶圆级封装方向发展。它是一种常用的提高硅片集成度的方法，具有降低测试和封装成本，降低引线电感，提高电容特性，改良散热通道，降低贴装高度等优点。

17.晶圆位阶的芯片级封装技术
半导体封装技术在过去二十年间取得了长足的发展，预计在今后二十年里还会出现更加积极的增长和新一轮的技术进步。晶圆位阶的芯片级封装技术是最近出现的有很大积极意义的封装技术。
我们把芯片原来面积与封装后面积之比接近1：1的理想情况的封装就叫做芯片级封装。就像我们吃桔子，总希望它的皮壳薄点。晶圆位阶的芯片级封装技术就是晶圆位阶处理的芯片级封装技术。它可以有效地提高硅的集成度。晶圆位阶处理就是在晶圆制造出来后，直接在晶圆上就进行各种处理，使相同面积的晶圆可以容纳更多的经芯片级封装的芯片，从而提高硅的集成度。同理，假如我们让人站到一间屋子里去，如果在冬天可能只能站十个人，而在夏天衣服穿少了，那就可以站十一或者十二个人。
晶圆位阶的芯片级封装制程将在今后的几年里以很快的速度成长，这将会在手机等手提电子设备上体现出来。我们以后的手机肯定会有更多的功能，比如可以看电视等，但是它们可能比我们现在使用的更小，那就用到了晶圆位阶的芯片级封装技术。

资料来源：COB邦定技术(http://www.bonding-cob.com/index.asp)

‘捌’ 台积电芯片为什么那么厉害

1、台积电掌握着世界上最先进的芯片制造技术。是芯片界的老牌公司，有十分充足的技术储备。

2、市场占有率高，美国等西方国家没有限制它，反而支持它，给它很大的空间。

在全球芯片界中，台积电的地位是毋庸置疑的。台积电作为目前世界排名第一的晶圆代工厂，说明它掌握了芯片制作的最后一步。

简介：

台湾积体电路制造股份有限公司，中文简称：台积电，英文简称：tsmc，属于半导体制造公司。成立于1987年，是全球第一家专业积体电路制造服务（晶圆代工foundry）企业，总部与主要工厂位于中国台湾省的新竹市科学园区。

台积电是半导体制造公司，主要是通过各种半导体设备，刻蚀机，蒸镀机，沉积设备，光刻机等把客户设计好的ic 加工出来。核心技术：工艺流程控制、芯片的研发。

台积电作为全球最大的代工产业之一，在美国的压力下不得不终止和华为的合作，是华为出现了无芯片可用的局面，而且台积电在芯片代工行业已经成为了行业的领头羊，率先研发成功了5nm芯片的生产。