造個(gè)芯片，究竟有多難？

很多人以為造芯片只需要光刻機，然后把硅片放上去，跟機床一樣就造好了。

騷年，還是 Too Young Too Simple!

首先，芯片設計師會(huì )使用專(zhuān)門(mén)的設計軟件，將幾百億顆晶體管的分布跟結構一一畫(huà)出來(lái)。

這些晶體管，可是比一根頭發(fā)絲還要細小，每一個(gè)都承載著(zhù)不可或缺的功能。

然后再通過(guò)電子設計自動(dòng)化EDA工具，進(jìn)行深入的分析和優(yōu)化，以確保每個(gè)部分都沒(méi)有問(wèn)題。

緊接著(zhù)，設計師開(kāi)始著(zhù)手進(jìn)行布局布線(xiàn)，將每個(gè)部分正常連接起來(lái)，同時(shí)還會(huì )加入數模信號、電容、仿真等元素，最終才能形成真正的芯片圖紙。

接下來(lái)，要準備原材料，也就是沙子。

當然，用來(lái)制造芯片的沙子，可不是工地上的那種河沙，而是硅含量更高的硅石。

把這些硅石放到一個(gè)石墨坩堝里面，然后再加上幾十噸的煤炭和木屑，在2000攝氏度的高溫作用下，燒呀燒呀燒，就會(huì )燒出純度為98～99%的硅錠。

但是這種硅還無(wú)法用于芯片制造，后續還需要提純。

首先，它們會(huì )在高溫下，與其他氣體反應，再經(jīng)過(guò)一系列復雜化學(xué)反應后，得到多晶硅。

然后這種多晶硅會(huì )被融化、拉伸，經(jīng)過(guò)冷卻后，形成一個(gè)高純度的圓柱狀單晶硅。

最后，這個(gè)單晶硅棒會(huì )被切割、研磨和拋光，最終變成一個(gè)平整光滑的硅晶圓。

有了圖紙，有了硅晶圓，下一步就可以制造芯片了。

先把設計好的電路圖刻在一個(gè)特殊的板子上，也就是掩膜版。然后在硅晶圓上，均勻地涂上一層光刻膠。

這時(shí)輪到光刻機出場(chǎng)了，它會(huì )發(fā)出強烈的紫外光，這些光線(xiàn)會(huì )穿過(guò)掩膜的電路圖案，將其照射到涂有光刻膠的硅晶圓上。

光刻膠在這樣的照射下，開(kāi)始溶解。

照射結束后，就是對晶圓進(jìn)行清洗，沒(méi)被照到的膠會(huì )被洗掉，從而留下電路圖案。

后面的過(guò)程，就是不斷重復光刻和洗滌，同時(shí)將磷或硼這樣的特殊物質(zhì)參入到晶圓上，一層一層地疊加，直到所有的電路層都完成。

整個(gè)過(guò)程必須精準無(wú)誤，一點(diǎn)點(diǎn)的差錯都可能導致電路無(wú)法正常工作，從而讓芯片報廢。

而這不僅意味著(zhù)要花費巨大的時(shí)間成本，還有大量的金錢(qián)投入。

有芯片大廠(chǎng)算過(guò)這么一筆賬，14nm工藝芯片，流片一次需要300萬(wàn)美元左右，7nm工藝芯片，流片一次需要3000萬(wàn)美元，5nm工藝芯片，流片一次更是達到4725萬(wàn)美元。

而在14nm工藝制程上，大約需要60張掩膜版，7nm可能需要80張甚至上百張掩膜版。

每多出一層 “掩膜板”，就需要多進(jìn)行一次“光刻”，多一次 “光刻膠”的涂抹，多一次 “曝光”，這就意味著(zhù)芯片制程越小，成本直線(xiàn)上升。

據悉，在16/14nm制程中，所用掩膜成本在500萬(wàn)美元左右，到7nm時(shí)，掩膜成本迅速升至1500萬(wàn)美元。

最后，這些經(jīng)過(guò)光刻后的硅晶圓，被切呀切呀切，切成了一塊塊獨立的芯片。

再經(jīng)過(guò)一系列測試沒(méi)問(wèn)題后，就可以送到客戶(hù)那了。

整個(gè)過(guò)程說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，但每一步都是如履薄冰，稍有不慎，便前功盡棄。

這也是為什么世界上只有少數幾個(gè)國家和公司，掌握了高端芯片制造技術(shù)的原因。