芯片的製造基礎就是晶圓，它是芯片的基礎，芯片就是在晶圓基礎上進行加工的。

　　在半導體的新聞中，總是會提到以尺寸標示的晶圓廠，如 8 寸或是 12 寸晶圓廠，然而，所謂的晶圓到底是什麽東西?其中 8 寸指的是什麽部分?要產出大尺寸的晶圓製造又有什麽難度呢?

　　晶圓(wafer)，是製造各式電腦芯片的基礎。我們可以將芯片製造比擬成用樂高積木蓋房子，藉由一層又一層的堆疊，完成各式芯片的製造。

　　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，便需要一個平穩的基板。對芯片製造來說，這個基板就是接下來將描述的晶圓。

　　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，藉由這個構造，我們可將兩塊積木穩固的疊在一起，且不需使用膠水。

　　芯片製造，也是以類似這樣的方式，將後續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，以滿足後續製造所需的條件。

　　在固體材料中，有一種特殊的晶體結構──單晶(Monocrystalline)。它具有原子一個接著一個緊密排列在一起的特性，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。

　　原子級別的製造就可以知道這種技術的難度，原子觀測都難，更不用說加工原子了。

　　該如何產生這樣的材料呢?主要有二個步驟，分別為純化以及拉晶，之後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，二氧化矽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，將氧化矽轉換成 98%以上純度的矽，就像煉鋼一樣。但是，98%對於芯片製造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。

　　因此，將再進一步采用西門子製程(Siemens process)作純化，如此，將獲得半導體制程所需的高純度多晶矽。

　　接著，就是拉晶的步驟。

　　首先，將前面所獲得的高純度多晶矽融化，形成液態的矽。之後，以單晶的矽種(seed)和液體表面接觸，一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至於為何需要單晶的矽種，是因為矽原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓後來的人該如何正確的排列，矽種便是重要的排頭，讓後來的原子知道該如何排隊。最後，待離開液面的矽原子凝固後，排列整齊的單晶矽柱便完成了。

　　晶圓的規格。

　　然而，8寸、12寸又代表什麽東西呢?他指的是我們產生的晶柱，長得像鉛筆筆桿的部分，表面經過處理並切成薄圓片後的直徑。至於製造大尺寸晶圓又有什麽難度呢?如前面所說，晶柱的製作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉一邊成型。有製作過棉花糖的話，應該都知道要做出大而且扎實的棉花糖是相當困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質。

　　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 12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。

　　只是，一整條的矽柱並無法做成芯片製造的基板，為了產生一片一片的矽晶圓，接著需要以鑽石刀將矽晶柱橫向切成圓片，

圓片再經由拋光便可形成芯片製造所需的矽晶圓。　　有了晶圓之後就可以進行芯片的設計。

　　如果是高級文明，這些設計就可以在人工“天道系統”裡面進行模擬設計，芯片的製造一個指令就行了，但是現在並沒有這種技術，除非韓業獲得三級文明星球的認同，獲得他們的戶籍，購買這種設備，這種設備是一個龐大的系統，相當於一個巨型服務器，在三級文明之中也是一種昂貴的設備。

　　很顯然，這很難。

　　“天道系統”是一個高科技的宇宙模擬系統，可以模擬宇宙的規則，比如重力、引力、化學特性等等，當然這些特性需要人類進行事先的設置，一旦設置成功之後，配合虛擬現實技術，裡面就是一個真正的世界，如果人類突然走進這個虛擬世界，都會分不清現實還是虛幻。

　　“天道系統”的作用就是進行科學研究，可以極大地減少科研成本，也可以設計虛擬遊戲，感受虛擬遊戲世界的樂趣。

　　 IC 設計是一門非常複雜的專業，也多虧了電腦輔助軟體的成熟，才讓複雜IC 設計得以變成現實。IC 設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換成程式、合成軟體是如何將程式轉換成邏輯閘等問題。

　　其中主要半導體設計公司有英特爾、高通、博通、英偉達、美滿、賽靈思、Altera、聯發科、海思、展訊、中興微電子、華大、大唐、智芯、敦泰、士蘭、中星、格科等。

　　如果沒有成功的IC設計圖，擁有再強製造能力都沒有用，IC設計就相當於建築師的角色，而IC製造就像房地產施工設備，沒有好的設計圖和施工設備就無法建造成合格的芯片。

　　在 IC 生產流程中，IC 多由專業 IC 設計公司進行規劃、設計，像是聯發科、高通、Intel 等知名大廠，都自行設計各自的 IC 芯片，提供不同規格和效能的芯片給下遊廠商選擇。

　　因為 IC 是由各廠自行設計，所以 IC 設計十分仰賴工程師的技術，工程師的素質影響著一間企業的價值。然而，工程師們在設計一顆 IC 芯片時，究竟有那些步驟呢?

　　第一步，芯片的原理圖設計:

　　在 IC 設計中，最重要的步驟就是規格制定。這個步驟就像是在設計建築前，先決定要幾間房間，浴室，廚房如何規劃，有什麽建築法規需要遵守，在確定好所有的功能之後再進行設計，這樣才不用再花額外的時間進行後續修改。

　　 IC 設計也需要經過類似的步驟，才能確保設計出來的芯片不會有任何差錯。規格制定的第一步便是確定 IC 的目的、效能為何，對大方向做設定。

　　接著是察看有哪些協議要符合，像無線網卡的芯片就需要符合 IEEE 802.11 等規范，不然，這芯片將無法和市面上的產品相容，使它無法和其他設備連線。

　　最後則是確立這顆 IC 的實作方法，將不同功能分配成不同的單元，並確立不同單元間連結的方法，如此便完成規格的制定。

　　設計完規格後，接著就是設計芯片的細節了。這個步驟就像初步記下建築的規畫，將整體輪廓描繪出來，方便後續製圖。在 IC 芯片中，便是使用硬體描述語言(HDL)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並持續修改，直到它滿足期望的功能為止。

　　有了完整規畫後，接下來便是畫出平面的設計藍圖。在 IC 設計中，邏輯合成這個步驟便是將確定無誤的 HDL code，放入電子設計自動化工具(EDA tool)，讓電腦將 HDL code 轉換成邏輯電路，之後，反覆的確定此邏輯閘設計圖是否符合規格並修改，直到功能正確為止。

　　最後，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( And Route)。在經過不斷的檢測後，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。

　　光罩究竟有何作用?芯片由層層光罩疊加在一起，最後形成芯片。

　　一顆 IC 會產生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務。以電路中最基本的元件 CMOS 為范例，CMOS 全名為互補式金屬氧化物半導體(Complementary metal–oxide–)，也就是將 NMOS 和 PMOS 兩者做結合，形成 CMOS。至於什麽是金屬氧化物半導體(MOS)?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，逐層製作光罩，最後便會產生期望的芯片了。