怎么制造高端芯片芯片技术(芯片制造有多难？从沙子到芯片的全过程)

造个芯片，究竟有多难？

很多人以为造芯片只需要光刻机，然后把硅片放上去，跟机床一样就造好了。

骚年，还是TooYoungTooSimple!

首先，芯片设计师会使用专门的设计软件，将几百亿颗晶体管的分布跟结构一一画出来。

这些晶体管，可是比一根头发丝还要细小，每一个都承载着不可或缺的功能。

然后再通过电子设计自动化EDA工具，进行深入的分析和优化，以确保每个部分都没有问题。

紧接着，设计师开始着手进行布局布线，将每个部分正常连接起来，同时还会加入数模信号、电容、仿真等元素，最终才能形成真正的芯片图纸。

接下来，要准备原材料，也就是沙子。

当然，用来制造芯片的沙子，可不是工地上的那种河沙，而是硅含量更高的硅石。

把这些硅石放到一个石墨坩埚里面，然后再加上几十吨的煤炭和木屑，在2000摄氏度的高温作用下，烧呀烧呀烧，就会烧出纯度为98～99%的硅锭。

但是这种硅还无法用于芯片制造，后续还需要提纯。

首先，它们会在高温下，与其他气体反应，再经过一系列复杂化学反应后，得到多晶硅。

然后这种多晶硅会被融化、拉伸，经过冷却后，形成一个高纯度的圆柱状单晶硅。

最后，这个单晶硅棒会被切割、研磨和抛光，最终变成一个平整光滑的硅晶圆。

有了图纸，有了硅晶圆，下一步就可以制造芯片了。

先把设计好的电路图刻在一个特殊的板子上，也就是掩膜版。然后在硅晶圆上，均匀地涂上一层光刻胶。

这时轮到光刻机出场了，它会发出强烈的紫外光，这些光线会穿过掩膜的电路图案，将其照射到涂有光刻胶的硅晶圆上。

光刻胶在这样的照射下，开始溶解。

照射结束后，就是对晶圆进行清洗，没被照到的胶会被洗掉，从而留下电路图案。

后面的过程，就是不断重复光刻和洗涤，同时将磷或硼这样的特殊物质参入到晶圆上，一层一层地叠加，直到所有的电路层都完成。

整个过程必须精准无误，一点点的差错都可能导致电路无法正常工作，从而让芯片报废。

而这不仅意味着要花费巨大的时间成本，还有大量的金钱投入。

有芯片大厂算过这么一笔账，14nm工艺芯片，流片一次需要300万美元左右，7nm工艺芯片，流片一次需要3000万美元，5nm工艺芯片，流片一次更是达到4725万美元。

而在14nm工艺制程上，大约需要60张掩膜版，7nm可能需要80张甚至上百张掩膜版。

每多出一层“掩膜板”，就需要多进行一次“光刻”，多一次“光刻胶”的涂抹，多一次“曝光”，这就意味着芯片制程越小，成本直线上升。

据悉，在16/14nm制程中，所用掩膜成本在500万美元左右，到7nm时，掩膜成本迅速升至1500万美元。

最后，这些经过光刻后的硅晶圆，被切呀切呀切，切成了一块块独立的芯片。

再经过一系列测试没问题后，就可以送到客户那了。

整个过程说起来简单，但每一步都是如履薄冰，稍有不慎，便前功尽弃。

这也是为什么世界上只有少数几个国家和公司，掌握了高端芯片制造技术的原因。