芯片是电子设备的“灵魂”，是信息时代的“基石”，其制造技术的高低直接衡量科技水平的高低。只有把关键核心技术牢牢掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。

张江科学城作为上海科创中心建设的核心区域，正在攻坚“中国芯”的路上砥砺前行、奋勇前进。

今天，科娃就和大家一起来了解一下芯片制造的奥秘。

故事从一张披萨讲起

大家都知道，芯片制造是一个点沙成金的过程，从沙子到晶圆再到芯片，价值密度直线飙升，因其制造工艺非常复杂，一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。

有没有被复杂的制作工艺吓到？ 但其实，制造芯片就像做披萨。

披萨饼胚——晶圆

要烘焙一张松软可口又浓香满溢的铁盘披萨，最基础的事自然是制作饼胚了。

光有面粉和水还不够，和面很重要，水的多少、揉压的手法和力道、甚至是醒面和擀制面胚都需要精心对待。

制作晶圆也一样，只不过是把面粉换成了沙子。

普通的沙子约有25%的硅，经过多个步骤纯化后，“和”成一大盆超高纯度的多晶硅液体。

之后，用一颗单晶的硅种和液体表面接触，一边旋转一边缓慢向上拉起，“面盆”里的硅原子就跟着硅种排着队离开液面，凝固后排列整齐的单晶硅柱便完成了。

通过高精度的切削加工和打磨抛光后，单晶硅柱就被切成一片片的薄饼，也就是晶圆，成了制造芯片的原料。

最早期的晶圆因为技术的关系，直径大约只有2英寸，而今天最先进的晶圆厂则已经可以处理12英寸的晶圆了。

晶圆直径越大，切割时浪费的部分就越少，而且每一颗芯片的单价就越低。

想吃什么口味——芯片设计

披萨的种类有很多，每个人喜欢的口味也不尽相同，在制作之前，要先弄清楚客户需要什么口味，准备相应的工艺。

芯片制造也一样，造芯片首先要设计芯片。

芯片设计不是单纯地堆晶体管就能设计出好芯片，就像披萨不是多放奶酪就一定会好吃。

一个优秀的芯片设计师，必须要掌握扎实的半导体器件知识、生产工艺知识、信号系统知识等，要对电路的整体功耗、时序、面积有很深刻的了解，能制作符合设计要求的高精度低面积版图，可谓面面俱到。

就像一个“老厨师”，不仅要熟悉食材，更要有很强的分析问题、解决问题的能力，并且在工作中会不断给自己充电，不断创造出“新食谱”。

加料进烤箱

光刻+刻蚀+离子注入

放上番茄酱、奶酪等各色食材的披萨，进烤箱转一圈就能出炉了。

而芯片不是在一个烤箱里就能制造出来的，需要在不同烤箱里经过多道工序加工。而且，制造芯片和我们想象得不一样，不是”刻”，而更像是“印”。

我们来看看大致步骤：

第一个烤箱，光刻机：

先在晶圆表面覆盖一层薄薄的感光材料，利用光刻机将设计好的电路结构转印到感光材料上。

我们来放大看看：

紫外光透过掩模照在光刻胶上，形成了集成电路图案。

光刻机是芯片制造的核心设备，可以看作在晶体上写字的“笔”。

过去最先进的光刻机用的是波长193nm的深紫外光“笔头”，然而英特尔、台积电想要生产的最先进的芯片，制程已经小到了7nm，字已经比笔头还小了，急需一支笔头更细的笔。

接替深紫外光的“超细笔头”就是波长仅有13nm的极紫外光（EUV），但EUV的能量破坏性极高，要驾驭这支笔，所需要的零件、材料，样样挑战人类工艺的极限。

目前最先进的EUV光刻机，全球仅有ASML公司能够生产，每台EUV光刻机售价都超过1亿美元，并且要排队等！

第二个烤箱，刻蚀机

被紫外光照到的光刻胶溶解，留下的图案和掩模一致。使用化学物质或其他手段溶解掉暴露出来的晶圆部分，剩下的光刻胶保护着不该刻蚀的部分。刻蚀完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案。

第三个烤箱，离子注入机

纯硅的导电性极弱，必须在晶圆里注入微量的不纯物质，使芯片内具有导电性，通常是砷、硼、磷等。离子注入，就是在真空系统中把要掺杂的原子加速为30万千米每小时的离子流，注入到硅片中去，从而在一定区域形成特殊注入层，改变这些区域的硅的导电性。

除了这三个主要工序外，还有检测、清洗、金属化等等，几十道工序循环往复几十上百遍，最后在晶圆表面形成几百层的复杂结构。

（一块CPU的截面图）

披萨切割打包——芯片切割封测

披萨切好之后，就可以打包啦~

在光刻时，我们已经按照芯片的边缘尺寸划分了区域，所以沿着区域边缘完成切割就可以了。当然，这也是一个精度极高的机械操作过程，切割不当，芯片就会产生缺陷。

芯片封装就是“打包”，把脆弱的芯片装入保护套内，并提供芯片和其他元器件之间的接口，同时也为芯片散热。

封装好的芯片接下来还要做更进一步的检测和分级，等通过检测，厂商标好价，就是最终产品啦！

目前，全球芯片仍以美、日、欧企业产品为主，高端市场几乎被这三大主力地区垄断。中国芯片市场全球最大、增长最快，但高端芯片领域对外依存度过高。