制造芯片到底有多难？

芯片，也被称为微电路、集成电路，一般是计算机等电子设备的重要组成部分，是现代科技最璀璨的结晶之一。芯片的制造过程十分复杂，它涉及到了几十个不同的行业，几千道复杂的工序。下面我就来仔细讲一下芯片具体的制作流程。

首先我们要知道芯片的原料是硅，具体来讲是高纯度的硅片。所以想要制造芯片要先制作出符合条件的硅片，一般来讲硅片越薄制作成本就会越低，相应的对工艺的要求也就越高。切割好的硅片在芯片行业内被称之为晶圆。得到晶圆之后，我们要在它上面给它涂上一层光阻薄膜，提高它抗氧化和耐高温的能力。

之后便是制作芯片最重要的一个环节——光刻。利用一些特殊的化学物质，使得其经受紫外光照射就会溶解，得到我们需要的形状。然后通过使用蚀刻机在暴露出来的硅上植入离子，形成相应的P、N类半导体，然后重复上面的过程，制作出立体的结构。

现在芯片的雏形已经形成了，我们开始对芯片进行晶圆测试，对芯片上的每一个晶粒进行电气特性检测。检测通过之后，我们需要对芯片进行封装，将晶圆固定好然后绑定相应的引脚。即使是同一种芯片，它的封装形式都有可能不一样，一般有DIP、QFP、PLCC、QFN 等等形式。

中国芯片发展十分艰难，我国的芯片技术和国外对比相差了两个时代，我们现在已经可以量产14nm的芯片了，而国外早就已经可以生存7nm的芯片，甚至是5nm的芯片。虽然我国在许多领域都取得了令世界瞩目的成就，但是在芯片领域中国还是落后太多太多了，而且还是全方位的落后。不过最近几年中国芯片行业发展十分迅速，相信要不了多久就能够达到世界水平。

若你是一名电脑硬件爱好者，我相信你一定熟悉今年的显卡的疯狂。而造成显卡疯狂的原因之一正是芯片的短缺。我今天就来聊聊芯片是啥？为什么难制作？

芯片是半导体元件产品的统称，他是一种大规模的微电子集成电路，也可以叫IC；与我们平时认知里的电路道理一样，但芯片的电路更小，就目前而言已经进入了纳米级。生活中的电子产品基本都离不开它，比如手机，电脑，电子手表等。这种集成电路是在1957年由一位名字叫基尔比的美国工程师发明的。这是一种技术含量极高的东西。

说个题外话我们国家早期很早就意识到了半导体产业的巨大潜力，投入资源建立了初级的半导体产业。但由于芯片制造相关的基础科研能力不足，制程从微米深入纳米后，中国无法跟上世界顶尖企业的发展步伐，缺少足够的市场竞争力，差距逐渐拉大。虽然差距在拉大，但我们国家也没有放弃这一块中国对芯片半导体的自主突击已经开始，从技术角度看难度超过两d一星。但是中国的技术实力也比当初要强得多，还有市场的巨大能量，全面突破只是时间问题。

那问题了来了为什么芯片难造？

首先是材料，芯片使用的电子级高纯硅纯度要求十分高，就我们国家而言十分依赖进口，直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产，目前年产0.5万吨，而中国一年进口15万吨。

其次就是常说的光刻机，目前市面上能生产的就荷兰的ASML公司就是其中之一，而这家公司几乎垄断了光刻机市场。光刻机是在制造芯片时不可或缺的工具，没有光刻机就没有芯片。虽然现实如此但这一差距正在缩小就在今年，中科院宣布攻克了技术难题，掌握了2nm的制成技术。

说造芯片比原子d其实更多的是说客观性的，芯片是一个完整的产业链，需要多方面合作，那么，芯片生产过程是怎样的？下面我就带来介绍。

为什么说造芯片比造原子d难多了

虽然都是高科技下的产物，但芯片相对于原子d来说，还需要国际合作及产业链，并不是独立工程。

造一颗普通原子d大概需要15公斤的浓缩铀，提取一公斤的武器级的浓缩铀大概需要200吨的油矿，也就是需要三千吨的油矿

芯片完全不一样，它是一个产业链，涉及到很多行业，比如机械、电子、冶金、化工、材料等等半导体芯片制造环节用到的一台设备光刻机，全球目前只有荷兰一家公司能做，但是需要两千多家厂商给它提供零部件

芯片没有办法建立完全本地化的产业链，它是一个国际合作的产物。

芯片生产过程是怎样的

将单晶硅切片打磨形成晶圆，在晶圆上，采用一定的工艺将电路中所需要的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线刻画在晶圆上，就形成了集成电路(integrated circuit，IC)，通过对集成电路封装测试便形成了芯片。

一、IC设计

半导体行业发展到现阶段，已经形成了IC设计和IC制造分离的模式，主要原因是建设IC制造厂需要花费高达数亿甚至数十亿美元的巨额投资，并且生产工艺日趋复杂，所以当前半导体行业便形成了IC设计和IC制造的专业化分工模式。

从事IC设计的公司一般被称为“Fabless”(Fabrication(制造)和less(无、没有)的组合)，其只负责设计与销售，不负责制造，手机厂商中的华为、苹果、小米以及高通和联发科，都属于Fabless。

IC制造的过程就如同盖房子一样，Fabless负责房子的设计部分。

IC设计可分成几个步骤，依序为：规格制定→逻辑设计→电路布局→布局后模拟→光罩制作。

规格制定

需求端与IC设计工程师对接，并开出需要的IC的规格，以确定IC的功能、IC封装及管脚定义等，而后IC设计工程师开始设计。

逻辑设计

通过EDA软件的帮助，工程师完成逻辑设计图。

电路布局

将逻辑设计图转化为电路图。

布局后模拟

经由软件测试，试验电路是否符合要求。

光罩制作

电路图完成测试后，将电路制作成一片片光罩，完成后的光罩送往IC制造公司。

二、IC制造

IC的线路布局由Fabless设计好之后，就交由Foundry来对晶圆进行加工，将光罩上的电路加工到晶圆上。

我们常说的台积电就是最为典型的Foundry，他们专注芯片制造，发展相关的工艺和制程，Foundry厂商其实就是Fabless厂商的代工方，俗称“代工厂”。

加工晶圆时，可以简单分成几个步骤，依序为：金属溅镀→涂布光阻→蚀刻技术→光阻去除。虽然在实际制造时，制造步骤会复杂的多，使用的材料也有所不同，但是大体上皆采用类似的原理。

金属溅镀

将金属材料均匀洒在晶圆片上，形成薄膜。

涂布光阻

先将光阻材料放在晶圆片上，透过光罩将光束打在不要的部分上，破坏光阻材料结构，再以化学药剂将被破坏的材料洗去。

蚀刻技术

将没有受光阻保护的硅晶圆，以离子束蚀刻。

光阻去除

使用去光阻液将剩下的光阻溶解掉，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，接下来只要将完成的方形IC剪下，便可送到封装厂做封装测试。

三、封装测试

经过漫长的流程，从设计到制造，终于获得一颗IC。然而现在的IC相当小且薄，如果不施加保护，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，将不易于安置在电路板上。因此需要对IC进行封装。

目前常见的封装方式有两种，一种是电动玩具内常见的，黑色长得像蜈蚣的DIP封装，另一种为购买盒装CPU时常见的BGA封装。

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成的芯片是否能正常的工作，正确无误之后便可出货给组装厂，做成电子产品。至此，芯片便完成了整个生产的任务。

　

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