文/小伊评科技

芯片是怎么做出来的，这个问题问的很大也很复杂，估计就算是芯片行业的从业者都不一定能完全准确的将芯片的设计过程讲清楚，而且就算是讲清楚最后也可能会成为晦涩难懂的“专业文章”，对于普通读者来说也犹如看天书一般，专业有余易读性较差，那么本文就通过比较简单生动的描述来给大家还原一下一款芯片从无到有的全过程。

一片芯片从无到有的全过程大概可以分为四个步骤——“芯片设计”“晶圆生产”“芯片光刻”“成片测试以及芯片封装”这四个步骤，本文也就从这四个步骤讲起给你还原一个真实的芯片从无到有的全过程。

第一步·芯片电路设计

目前大家所熟知的高通，华为海思，苹果，联发科等等这些半导体企业其实本质上都是一个个的芯片设计商，专业术语叫做集成电路设计公司，他们的工作是设计芯片本身的电路图，架构（某些低端芯片可能能做到自设自产）你可以简单地理解为他们就是建筑行业当中的设计院，是画图纸的。

数码科技半导体，风土人文和地理。大家好我是涉猎领域较为宽泛的一大木~

集成电路制造

本人最近刚参加一次完整的流片过程，具体可以做出以下回答。

一、工艺原理：氧化、扩散、光刻、金属化等

集成电路的制造是一个非常复杂的过程，涉及到很多的步骤、工艺等。从硅原材料到芯片成品的过程大致符合以下流程。

而本次介绍主要侧重于制造的过程，故略去封装和测试等环节的介绍。

晶圆的制作

首先要从沙子里提纯得到多晶硅，然后经过拉单晶切片磨片抛光外延等步骤，这些步骤的话我具体没有参与过，我从我所参与的流程开始具体详细介绍。

氧化

第一个程序是氧化，我所控制氧化晶圆的设备，下图所示的样子。

这里展开篇幅叙述一下氧化工艺的原理：

氧化的目的是为了在硅片上长一层二氧化硅层以保护硅片表面、器件隔离、屏蔽掺杂、形成电介质层等。具体种类包括干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化、掺氯氧化和高压氧化等。本次实习所采用的为湿氧工艺，从机器上也可观察到。所以重点介绍湿氧工艺。

湿氧工艺是指氧气中带着一定量的水汽，水汽要加热到95摄氏度。涉及到的化学方程为：

湿氧氧化的氧化速率介于干氧氧化和水汽氧化之间，氧化层质量也介于二者之间。

湿氧氧化工艺要有水汽产生装置，一般都是氢氧合成湿氧氧化工艺，要特别注意氢气和氧气的流量比，下图是我当时拍到的氢气氧气混合装置：

两根管道内应该分别分氧气和氢气。具体操作的时候还需要把晶片推到炉子里，操作过程如下图所示：

氧化工艺就先介绍到这里。

扩散

接着介绍以下扩散，扩散是为了改变半导体的电特性，形成半导体器件结构。将所需的杂质，比如三族或五族元素，以一定的方式掺入到半导体基片规定的区域内，并达到规定的数量和符合要求的分布。扩散法和离子注入法均能达到目的。以下是两种扩散炉。

关于扩散，就是将掺杂气体导入放有硅片的高温炉中，从而达到将杂质扩散到硅片内的目的。按照掺杂源的形态分为固体源扩散、液态源扩散、气态源扩散。按照扩散的形式又可以分为气相固相液相扩散。按照杂质的分布又可以分为恒定表面源扩散分布和有限表面源扩散分布。按照扩散的机理可分为间隙式扩散和替位式扩散。说完扩散顺便叙述一下离子注入，离子注入相对于扩散来说有很多优势，注入温度低，精确且可独立控制浓度分布和结深，掺杂的均匀性和重复性好，注入离子纯度高，能量单一，横向扩散小，不受固溶度的限制。下图为离子注入原理图：

当然随之而来的也会有些缺点，损伤较多，工艺多了退火的步骤，成本也高。它的原理是先给注入离子一定的能量，然后轰击靶材料进入掺杂区域。然而注入离子的分布是比较复杂的，不服从严格的高斯分布。注入离子分布图如下图所示：

光刻

然后介绍光刻工艺。可以说光刻是整个流程的重要环节。通过光化学反应，将光刻版上的图形转移到光刻胶上。光刻三要素即光刻机、光刻版和光刻胶是光刻步骤必不可少。光刻机：Lithography Tool，目前来说ASML的光刻机是前沿。荷兰的这家公司并不具备将其售给中国的权利，很可笑，这都是瓦森纳协定的限制，限制中国的发展。其实当年日本的佳能和尼康的光刻机技术是世界领先水平，当时ASML只是个弟弟，后来佳能和尼康受到的美利坚的多方干扰，美国意在通过打压别国的光刻机技术想要使自己的光刻机技术成为领先水平，不料ASML和台积电合伙研制出了浸润式光刻，直接翻身农奴把歌唱。美国这下也好了，虽然把日本的光刻机技术给打压了，没想到ASML又起来了，而自己过得技术也还是个弟弟水平。美国也担心中国的发展，后来拉拢全世界发达国家整了一个瓦森纳协定，内容大概是禁止出售高尖端设备给中国，真的是小肚鸡肠美利坚。光刻机的能提供光刻工艺所需的曝光光源，将光刻版的图形转移到光刻胶上。技术难度最高、成本最大、决定特征尺寸。有接触式、接近式、投影式、步进式光刻机。

说完了光刻机还有光刻版，光刻版即掩膜版、光罩，很好理解。最后还有光刻胶，光刻胶是光敏性材料，分为正胶和负胶。在实验室我体验了涂胶并将其甩匀的过程，如下所示：

首先把晶圆放在圆柱形底盘上，然后挤上适量的光刻胶，启动转盘，然后光刻胶就会被均匀的涂抹。之后我记得是把晶圆放在一个机器上，先对准，对准完了之后启动那台机器进行光刻，结束之后要冲洗显影等步骤。

金属化

金属化指的是金属及金属性材料在IC中的应用。按照功能划分，金属化可以分为栅材料，互联线材料，接触材料以及填充材料。现代集成电路对金属化的要求与很多，电阻率要低，能传导高电流密度，粘附性好，能够粘附下层衬底实现很好的电连接，半导体与金属连接时接触电阻低。易于淀积，容易成膜，易于图形化，对下层衬底有高选择比，易于平坦化，可靠性高，延展性好，抗点迁徙能力强，抗腐蚀性好，应力低，以减小硅片的翘曲，避免金属线断裂、空洞。

金属化材料分为金属材料和金属性材料。常用的金属材料有Al、Cu、Pt、Au、W、Mo等，常用的金属性材料包括掺杂的多晶硅，金属硅化物和金属合金。

若干工艺流程之后，得到的晶圆如下所示，下边的分别是我用手机拍摄的，可以看到不是很清楚。最终的晶圆图：

用电子显微镜观察一下，是这样的:

显微镜下则看的更为清楚，每个器件都能看到清晰的轮廓，至此，本次流程差不多也结束了。

上述只介绍了第一次光刻流程，在实际的制造中会有非常多的光刻次数，每进行光刻一次，就需要一个循环。而且上述的制程量级和当今顶尖的7nm，5nm不是一个层次的。

大家如果有什么疑问或者不同的见解，欢迎在底下评论留言告诉我。

生产芯片的公司有哪些？

高通、联发科、海思半导体、苹果能造芯片吗？

也许很多人会第一时间回答，当然能造芯片啦，它们都是芯片公司啊！

其实不然，它们是芯片公司，但是它们大都不能造芯片！

芯片公司主要分为两大类：芯片设计公司和芯片制造公司！

……

芯片设计公司

华为每年投入一千多亿研发费用，2020年预计超过200亿美元；难道华为旗下的海思半导体还造不了芯片吗？

高通、联发科不是一直在卖芯片给小米、OPPO、vivo吗？

苹果公司不是一直在使用自家的苹果A系列芯片吗？

是的，它们都有芯片！

不过，它们都是芯片设计公司，都是委托芯片制造公司来代工生产芯片的！

就好像华为海思半导体，绝大部分中高端芯片是由台积电代工的！

苹果、高通、联发科，也大都是找的台积电、三星代工手机芯片！

苹果公司是台积电的第一大客户，华为是台积电的第二大客户！

芯片设计公司与芯片制造公司，就好像设计师与施工队的关系？

“您给我图纸，我给你造房子！”

芯片设计公司提高芯片设计方案，芯片制造公司负责把芯片生产出来！

……

芯片制造公司（或芯片代工公司）

咱们大陆的中芯国际是芯片制造公司，咱们台湾省的台积电是全球第一的芯片制造公司；

台积电是全球第一家芯片代工企业，与英特尔、三星的经营模式，差别很大！

英特尔、三星既是芯片设计公司，又是芯片制造公司，是全能型的芯片玩家；

格芯（格罗方德）、联电、高塔半导体、华虹半导体、世界先进、力晶、东部高科等，大都是芯片制造公司！

台积电、三星、英特尔是全球最强的三家芯片制造公司；

咱们大陆最强的中芯国际，暂时只能代工14nm制程芯片；

……

只有同时具备超强的芯片设计公司和芯片制造公司，才不容易被“卡脖子”！

华为、中芯国际，承载着14亿国人的希望！

路漫漫其修远兮，华为、中芯国际比较越来越强大！

……

以上仅为浩子哥个人浅见，欢迎批评指正；

喜欢的可以关注浩子哥，谢谢！

认同浩子哥看法的，请您点个赞再走，再次感谢！

芯片设计，制造，光刻机哪个环节更难？

个人认为三个环节是环环相扣的关系，都很难，接下来我说说自己的看法

芯片设计

目前世界上具有移动芯片设计能力的公司屈指可数，例如华为、联发科、三星、高通。而且都是基于ARM授权的指令集和架构开发的，其中华为、联发科和三星使用的是公开版架构；而高通是基于公开版架构再次开发的架构。看到这些大家可能以为，那华为、三星和联发科的芯片设计就没什么难度，拿过来公开版架构直接使用，高通的可能比它们稍微复杂点。其实不是这样的。

ARM公版架构可能从理论上来说像是提供一个大框架，但具体的信息还需根据自己的需求去搭建，比如联发科的处理器同样是用了ARM公开版架构，但是这几年来，联发科的处理器性能一直不是很好，而华为的麒麟处理器力经过多年的发展投入，已经开始走在世界前列。从这一点就可以看出设计芯片包括架构这一部分，完全不是一般的企业能够承受的，这不仅是对资金的要求，还有对技术的要求。

芯片制造

芯片制造需要先进的制程工艺和封装技术，目前掌握先进制程工艺的企业只有台积电和三星，台积电略胜一筹。台积电可量化生产最先进的制程工艺是7nm，预计今年下半年会提升到5nm。

芯片制造是一个点砂成金的过程。晶圆制造出来后，会在晶圆上涂抹感光材料，利用光刻机将复杂的电路结构转印到感光材料上，被曝光的部分会溶解并被水冲掉，从而在晶圆表面暴露出复杂的电路结构，再使用刻蚀机将暴露出来的硅片的部分刻蚀掉。接着经过离子注入等数百道复杂的工艺，这些复杂的结构便拥有了特定的半导体特性，并能在几平方厘米的范围内制造出数亿个有特定功能的晶体管。再覆盖上铜作为导线，就能将数以亿计的晶体管连接起来。

一块晶圆经过数个月的加工，在指甲盖大小的空间中集成了数公里长的导线和数以亿计的晶体管器件。再经过千挑万选后，一块真正的芯片就这么诞生了。