芯片堪称现代信息产业的粮食，如果没有芯片，所有的信息产品都将停摆。美国最近对华为的制裁，以及传说中的对中芯国际的制裁，都是为了从根本上阻断中国信息产业蓬勃发展的势头。

芯片如此重要，人们也非常关注芯片产业的发展。所以很多人都想知道更多关于薯条是如何制作的。本文用一系列动图向您展示芯片的整个制造过程。芯片的诞生过程，可分为设计、制造、密封测试三个步骤。

设计

芯片的诞生总是从设计开始。你在下面看到的是芯片的设计。

芯片设计图纸

在芯片设计中，你可以看到很多这样的符号：

这些是晶体管的符号。晶体管有三个引脚。电流在顶部和底部的引脚C和E之间流动，中间的引脚B是一个开关，决定电流是否可以在C和E之间流动。它看起来如下图所示，

晶体管工作原理图

当然，小手指按下开关只是一个可爱的模拟；实际实现由B脚电流控制，直观如下图所示。

晶体管的工作原理

众所周知，在数字系统中，信息是用0,1来表示的，所以晶体管这种开、关的性质和0,1的状态，自然就成了数字电路中最基本的部分。换句话说，有了一定数量的晶体管，我们可以做我们想做的事情；为了获得更多更好的功能，你需要增加晶体管的数量。如果我们把芯片比作一栋大楼，那么晶体管就是大楼里的每一块砖。

一开始，晶体管是这样的：

晶体管

是不是觉得它占了一点地方？于是人们试着把晶体管做得更小，于是集成电路或芯片就诞生了。在芯片中，集成了大量的晶体管。每个晶体管的尺寸越小，同样面积的芯片可以容纳的晶体管就越多，芯片的性能也就越强。简单地说，晶体管的两个引脚之间的距离定义为线宽。线宽越窄，晶体管就越小，芯片上可以容纳的晶体管就越多。我们经常谈论使用5纳米或7纳米工艺的芯片，这是指晶体管的线宽。例如，华为最新的麒麟1020芯片使用了台积电的5nm工艺，拥有高达150亿个晶体管。

麒麟1020是世界上最先进的移动处理器

制造

芯片设计，如何制造？芯片是在一块圆形、高纯度的硅片上制造的，这种硅片被称为晶圆。硅的纯度很高，用于芯片的硅可以达到11个9，也就是99.999999999%。

晶圆是由高纯硅制成的

晶圆有不同的直径。随着技术的进步，晶圆的直径一直在增加。更大的晶圆生产更多的芯片，浪费更少，从而导致更高的制造效率和更低的成本。近年来，晶圆直径从4英寸(100mm)和6英寸(150mm)增加到8英寸(200mm)和12英寸(300mm)。未来它将会长到15英寸甚至20英寸。

不同晶圆尺寸

制造芯片的过程本质上就是在硅上制造晶体管的过程。芯片上的晶体管可以抽象为下面的模式：

芯片上的晶体管

在硅晶体的顶部，需要有一层硅绝缘层，在这一层上还有一层导电硅化合物(红色)，作为开关。晶体管的电流流态如下图所示：

晶体管中电流的流动

整个芯片制造过程被分成许多小步骤。晶圆首先放入1000C的熔炉中氧化表面并形成一层二氧化硅绝缘。

晶圆在加热炉中氧化

然后在晶圆表面涂上光刻胶，用于准备曝光晶圆。

应用光刻胶

至此，所有的准备工作都完成了，下一步就是安装光刻机了。曝光前，你需要一个光罩。这是一块带电路图的玻璃，光刻机被投影到晶圆上。光掩模非常昂贵，几十万美元是常见的，甚至超过一百万美元。

光掩模

晶圆曝光是一个简单的过程，其中光通过掩模和透镜投射到晶圆上。

晶圆曝光原理

目前晶圆曝光的光源通常是深紫外光(DUV)或极紫外光(EUV)。光刻曝光过程如下所示：

光刻机进行晶圆曝光

原理很简单，但进行曝光的光刻机是一台超级复杂的机器，被吹捧为有史以来最复杂的机器。在芯片生产的所有步骤中，中国企业与世界先进水平差距最大的是光刻机；其他领域的空白比光刻更容易解决。也就是说，只要中国的光刻机水平能够跟上世界先进水平，中国的整体芯片生产能力也将达到世界先进水平。光刻机由三个部分组成：光源、透镜和双工件工作台，后者充当晶圆的架子。光刻机内部结构如下图所示。

平版印刷机的内部结构

曝光后，晶圆被剥离掉不需要的部分，并保持完整。下一步称为蚀刻，通常的方法是等离子体蚀刻，即用等离子体轰击晶圆，去除不需要的部分。

蚀刻机正在工作

下一步是离子注入，也称为掺杂，将元素添加到硅中以改变其导电性。在离子注入机中，这些元素的带电离子被加速，然后击中晶圆并进入内部的硅。

离子注入设备

这一步完成后，曝光过程就基本完成了。每次曝光通常只产生芯片的一部分，一个完整的芯片需要多次曝光。因此，前面提到的氧化、镀膜、光刻、蚀刻、掺杂等步骤必须反复进行，复杂的芯片必须反复操作几十次才能最终完成。

对于铸造厂来说，成品晶圆是这样的。

铸造加工晶片

下一步是送到密封测试厂，先切割晶圆，得到裸片，模具。

切薄片

裸露的部分被放入正确的包装中，经过测试，它就变成了一个芯片。

芯片封装的一种常见形式

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