為什么感覺芯片很難制造？ _制造

許多對電腦知識略知一二的朋友大多會知道 CPU 里面最重要的東西就是晶體管了，提高 CPU 的速度，最重要的一點說白了就是如何在相同的CPU面積里面放進去更加多的晶體管。

由于 CPU 實在太小，太精密，里面組成了數目相當多的晶體管，所以人手是絕對不可能完成的（笑），只能夠通過光刻工藝來進行加工的。這就是為什么一塊 CPU 里面為什么可以數量如此之多的晶體管。

晶體管其實就是一個雙位的開關：即開和關。如果您回憶起基本計算的時代，那就是一臺計算機需要進行工作的全部。兩種選擇，開和關，對于機器來說即0和1 。

那么如何制作一個CPU 呢? 以下我們用英特爾為例子告訴大家。

首先：取出一張利用激光器剛剛從類似干香腸一樣的硅柱上切割下來的硅片，它的直徑約為 20cm 。除了 CPU 之外，英特爾還可以在每一硅片上制作數百個微處理器。每一個微處理器都不足一平方厘米。接著就是硅片鍍膜了。相信學過化學的朋友都知道硅(Si)這個絕佳的半導體材料，它可以電腦里面最最重要的元素啊！在硅片表面增加一層由我們的老朋友二氧化硅(SiO2)構成的絕緣層。這是通過 CPU 能夠導電的基礎。

其次就輪到光刻膠了，在硅片上面增加了二氧化硅之后，隨后在其上鍍上一種稱為“光刻膠”的材料。這種材料在經過紫外線照射后會變軟、變粘。然后就是光刻掩膜，在我們考慮制造工藝前很久，就早有一非常聰明的美國人在腦子里面設計出了 CPU，并且想盡方法使其按他們的設計意圖工作。CPU 電路設計的照相掩膜貼放在光刻膠的上方。照相字后自然要曝光“沖曬”了，我們將于是將掩膜和硅片曝光于紫外線。這就象是放大機中的一張底片。該掩膜允許光線照射到硅片上的某區域而不能照射到另一區域，這就形成了該設計的潛在映像。

一切都辦妥了之后，就要到相當重要的刻蝕工藝出場了。我們采用一種溶液將光線照射后完全變軟變粘的光刻膠“塊”除去，這就露出了其下的二氧化硅。本工藝的最后部分是除去曝露的二氧化硅以及殘余的光刻膠。對每層電路都要重復該光刻掩膜和刻蝕工藝，這得由所生產的 CPU 的復雜程度來確定。盡管所有這些聽起來象來自“星球大戰”的高科技，但刻蝕實際上是一種非常古老的工藝。幾個世紀以前，該工藝最初是被藝術家們用來在紙上、紡織品上甚至在樹木上創作精彩繪畫的。在微處理器的生產過程中，該照相刻蝕工藝可以依照電路圖形刻蝕成導電細條，其厚度比人的一根頭發絲還細許多倍。

接下來就是摻雜工藝。現在我們從硅片上已曝露的區域開始，首先倒入一化學離子混合液中。這一工藝改變摻雜區的導電方式，使得每個晶體管可以通、斷、或攜帶數據。將此工藝一次又一次地重復，以制成該 CPU 的許多層。不同層可通過開啟窗口聯接起來。電子以高達 400MHz 或更高的速度在不同的層面間流上流下，窗口是通過使用掩膜重復掩膜、刻蝕步驟開啟的。窗口開啟后就可以填充他們了。窗口中填充的是種最普通的金屬－鋁。終于接近尾聲了，我們把完工的晶體管接入自動測試設備中，這個設備每秒可作一萬次檢測，以確保它能正常工作。在通過所有的測試后必須將其封入一個陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。

目前，英特爾已經量產10nm芯片，7nm芯片還在研發之中。盡管微處理器的基本原料是沙子(提煉硅)，但工廠內空氣中的一粒灰塵就可能毀掉成千上萬的芯片。因此生產 CPU 的環境需非常干凈。事實上，工廠中生產芯片的超凈化室比醫院內的手術室還要潔凈1萬倍。“一級”的超凈化室最為潔凈，每平方英尺只有一粒灰塵。為達到如此一個無菌的環境而采用的技術多令人難以置信。在每一個超凈化室里，空氣每分鐘要徹底更換一次。空氣從天花板壓入，從地板吸出。凈化室內部的氣壓稍高于外部氣壓。這樣，如果凈化室中出現裂縫，那么內部的潔凈空氣也會通過裂縫溜走－防止受污染的空氣流入。

但這只是事情一半。在芯片制造廠里，Intel 有上千名員工。他們都穿著特殊的稱為“兔裝”的工作服。兔裝是由一種特殊的非棉絨、抗靜電纖維制成的，它可以防止灰塵、臟物和其它污染損壞生產中的計算機芯片。這兔裝有適合每一個人的各種尺寸以及一系列顏色，甚至于白色。員工可以將兔裝穿在在普通衣服的外面，但必須經過含有 54 個單獨步驟的嚴格著裝程序。而且每一次進入和離開超凈化室都必須重復這個程序。因此，進入凈化室之后就會停留一陣。在制造車間里，英特爾的技術專家們切割硅片，并準備印刻電路模板等一系列復雜程序。這個步驟將硅片變成了一個半導體，它可以象晶體管一樣有打開和關閉兩種狀態。

這些打開和關閉的狀態對應于數字電碼。把成千上萬個晶體管集成在英特爾的微處理器上，能表示成千上萬個電碼，這樣您的電腦就能處理一些非常復雜的軟件公式了。

整理自網絡。

其他網友觀點

芯片半導體主要是由光刻機制造而成，難度就難在光刻機身上，光刻機也不是美國生產，世界上只有荷蘭一家公司能生產，而年產光刻機的數量有限，真是一機難求，美國早就把全球所有盟友國高端技術對中國進行封鎖，荷蘭生產的光刻機也在其中，所以，半導體芯片一直是中國的難題。

其他網友觀點

前兩天和女同事聊天，她說：現在華為mate40不好買，很多手機店都要加價。我說：華為手機沒有芯片，手機加價是很正常的事情。女同事有些疑惑，問：華為不是有自主的麒麟芯片，怎么會缺芯呢？我說：華為只能設計芯片，不能生產芯片，一旦被卡脖子，那么華為就無芯可用了。

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聽到我的解釋，女同事還是一臉疑惑，她說：芯片有這么難制造嗎，連華為都辦不到？我說：華為辦不到，但中芯國際可以，只不過中芯國際只能生產14nm的芯片，10nm、7nm的芯片，中芯國際也無能為力。

聽到我這番話，女同事更迷惑了，因為她并不知道中芯國際這家企業。原來她對手機的了解只停留在華為和芯片身上，其他的她一概不知。不得不說華為的品牌影響力真大，連一個女孩都對華為手機十分認可。為了讓女同事知道芯片有多難制造，我給女同事講了以下五點。

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1，難度一，芯片制造需要最先進的設計方案，目前只有高通、蘋果、華為有這個實力

芯片的種類有很多，電腦芯片、汽車芯片、衛星芯片、物聯網芯片，但技術含量最高的芯片當屬手機芯片，因此我們以手機芯片為例來闡述這個問題。

芯片最開始的步驟是設計，就像建造樓房一樣，你在建造前必須要有一個設計圖，這樣你的房子才會建得穩，建得安全。在這前提下，你能讓一樓樓房的布局更合理，利用率更高，居住的人更多，那么這個設計圖的認可度更高，那么你建造出來的房子就更好。

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同樣的道理，你生產芯片也需要一個設計規劃，因為芯片只要拇指蓋大小，你要把上百億的晶體管合理的布局在這個拇指蓋上，那么你的設計方案必須讓晶體管布局井然有序，晶體管的利用率更高。如果樓房的設計方案是1，那么芯片的設計方案就是100萬。

縱觀手機芯片設計廠商，僅有高通的驍龍芯片、蘋果的A系列芯片、華為的麒麟芯片的設計方案達到了這個標準。諸如聯發科的天璣芯片、三星的獵戶座芯片的設計方案都沒有達到這個要求。而小米的澎湃芯片更是因為設計方案有缺陷導致停滯不前，4年過去了，澎湃S2還未發布。

由此可見，造一枚芯片有多難，僅芯片設計這一步就讓很多廠商望而卻步！

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2，難度二，芯片生產需要光刻機，而光刻機是全球科技含量最高的產品，不克服光刻機問題，你無法生產芯片

芯片生產有很多道工序，而這些工序都離不開一個核心工具，那就是光刻機。毫不夸張的講，光刻機是這個星球科技含量最高的電子產品，它的零部件超過10萬個，且這些零部件有價無市，不是你花錢就能采購的。更讓人感到意外的是這10萬多個零件都有各自的專利，其技術含量無可比擬，只要缺少里面的某一個零件，那么你就無法組裝一臺光刻機。

除此之外，你想組裝一臺合格的光刻機，你需要用到的技術有很多。比如荷蘭ASML的7nmEUV光刻機就用到美國的光源技術，德國的鏡頭，日本的原材料，荷蘭的組裝技術等。也就是說沒有這個技術，給你10萬個零部件，你也無可奈何，只能眼睜睜的看著這些零部件躺在車間里面。

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在我國，中芯國際擁有生產14nm的光刻機，但這個光刻機是從國外采購，因此光刻機這個核心工具，我們并未掌握。可能有人疑惑：我們不是有上海微電子嗎？難道上海微電子就不能生產14nm級別的光刻機？很遺憾，上海微電子起步太晚，和ASML、德州儀器等國際巨頭有幾十年的差距，這個差距不是一朝一夕能夠改變的，所以上海微電子目前的生產工藝還停留在90nm光刻機水準。

這樣一分析，你就知道光刻機的生產有多難了。可是光刻機僅是造一枚芯片的入場券。如果你想造一枚合格的芯片，那么你就需要與之匹配的生產工藝。

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3，難度三，造一枚芯片需要哪些生產工藝？

能夠生產芯片的廠商有不少，臺積電、三星、中芯國際是大家比較熟悉的芯片生產商。中芯國際暫且不說，因為它和三星、臺積電差距比較大，所以就不做類比。

同樣是驍龍888處理器，三星代工生產的驍龍功耗過高，出現發熱情況，而臺積電代工生產的驍龍888性能強大，功耗穩定。為什么會出現這種情況呢？那是因為芯片生產有幾十道工序，每一道工序都是無數次的實踐，最終才獲得最完美的鍛造工藝。毫不夸張的講，造一枚性能強大，功耗穩定，合格率高、量產化的芯片，這個難度不亞于生產一臺7nm的EUV光刻機。