01、半导体的核心——“连接”

在上几篇文章中，我们详细讲解了氧化、光刻、刻蚀、沉积等工艺。经过上述工艺，晶圆表面会形成各种半导体元件。半导体制造商会让晶圆表面布满晶体管和电容（Capacitor）；而代工厂或CPU制造商则会让晶圆底部排列鳍式场效电晶体（FinFET）等三维晶体管。

1 电容（Capacitor）：蓄电池等储存电荷（电能）的设备，用于各种电子产品。在本文中，电容指半导体数据的存储设备。

2 鳍式场效电晶体（FinFET，Fin Field-Effect Transistor）：三维MOSFET的一种，因电晶体形状与鱼鳍相似而得名。

▲ 图1：电子元器件区域与金属布线区域（摘自：Cepheiden）

单独的元器件若不经连接，则起不了任何作用。如果不把电子线路板上的元器件焊接起来，它们就无法工作。同样地，晶圆上的晶体管若没有相互连接起来，也起不了任何作用。只有把晶体管与外部电源连接起来，它们才能各司其职，正常执行把已处理过的数据传输到下一个环节等各种工作。可见，晶圆上的元器件与电源以及其他元器件之间的连接是必要的。更何况，半导体本身就是一个“集成电路”，各个元器件之间需要通过电能来“交流”信息。根据半导体电路图连接电路的过程，就是本篇要讲的“金属布线”工艺。

相同的元器件，用不同的方式连接，也能形成不同的半导体（CPU、GPU等）。可以说，金属布线是赋予半导体工艺“目的”的一个过程。

▲ 图2：以金属布线（黄色部分）连接电子元器件层（红色部分）（图中省略了部分结构）（摘自：维基百科）

本篇要的金属布线工艺，与前面提到的光刻、刻蚀、沉积等独立的工艺不同。在半导体制程中，光刻、刻蚀等工艺，其实是为了金属布线才进行的。在金属布线过程中，会采用很多与之前的电子元器件层性质不同的配线材料（金属）。

换言之，不像刻蚀工艺有专门的“刻蚀设备”，金属布线环节没有其专门的“设备”，而是要综合使用各个工艺环节的设备：如移除残余材料时，使用刻蚀设备；添加新材料时࿰