为什么感觉芯片很难制造？ _制造

许多对电脑知识略知一二的朋友大多会知道 CPU 里面最重要的东西就是晶体管了，提高 CPU 的速度，最重要的一点说白了就是如何在相同的CPU面积里面放进去更加多的晶体管。

由于 CPU 实在太小，太精密，里面组成了数目相当多的晶体管，所以人手是绝对不可能完成的（笑），只能够通过光刻工艺来进行加工的。这就是为什么一块 CPU 里面为什么可以数量如此之多的晶体管。

晶体管其实就是一个双位的开关：即开和关。如果您回忆起基本计算的时代，那就是一台计算机需要进行工作的全部。两种选择，开和关，对于机器来说即0和1 。

那么如何制作一个CPU 呢? 以下我们用英特尔为例子告诉大家。

首先：取出一张利用激光器刚刚从类似干香肠一样的硅柱上切割下来的硅片，它的直径约为 20cm 。除了 CPU 之外，英特尔还可以在每一硅片上制作数百个微处理器。每一个微处理器都不足一平方厘米。接着就是硅片镀膜了。相信学过化学的朋友都知道硅(Si)这个绝佳的半导体材料，它可以电脑里面最最重要的元素啊！在硅片表面增加一层由我们的老朋友二氧化硅(SiO2)构成的绝缘层。这是通过 CPU 能够导电的基础。

其次就轮到光刻胶了，在硅片上面增加了二氧化硅之后，随后在其上镀上一种称为“光刻胶”的材料。这种材料在经过紫外线照射后会变软、变粘。然后就是光刻掩膜，在我们考虑制造工艺前很久，就早有一非常聪明的美国人在脑子里面设计出了 CPU，并且想尽方法使其按他们的设计意图工作。CPU 电路设计的照相掩膜贴放在光刻胶的上方。照相字后自然要曝光“冲晒”了，我们将于是将掩膜和硅片曝光于紫外线。这就象是放大机中的一张底片。该掩膜允许光线照射到硅片上的某区域而不能照射到另一区域，这就形成了该设计的潜在映像。

一切都办妥了之后，就要到相当重要的刻蚀工艺出场了。我们采用一种溶液将光线照射后完全变软变粘的光刻胶“块”除去，这就露出了其下的二氧化硅。本工艺的最后部分是除去曝露的二氧化硅以及残余的光刻胶。对每层电路都要重复该光刻掩膜和刻蚀工艺，这得由所生产的 CPU 的复杂程度来确定。尽管所有这些听起来象来自“星球大战”的高科技，但刻蚀实际上是一种非常古老的工艺。几个世纪以前，该工艺最初是被艺术家们用来在纸上、纺织品上甚至在树木上创作精彩绘画的。在微处理器的生产过程中，该照相刻蚀工艺可以依照电路图形刻蚀成导电细条，其厚度比人的一根头发丝还细许多倍。

接下来就是掺杂工艺。现在我们从硅片上已曝露的区域开始，首先倒入一化学离子混合液中。这一工艺改变掺杂区的导电方式，使得每个晶体管可以通、断、或携带数据。将此工艺一次又一次地重复，以制成该 CPU 的许多层。不同层可通过开启窗口联接起来。电子以高达 400MHz 或更高的速度在不同的层面间流上流下，窗口是通过使用掩膜重复掩膜、刻蚀步骤开启的。窗口开启后就可以填充他们了。窗口中填充的是种最普通的金属－铝。终于接近尾声了，我们把完工的晶体管接入自动测试设备中，这个设备每秒可作一万次检测，以确保它能正常工作。在通过所有的测试后必须将其封入一个陶瓷的或塑料的封壳中，这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。

目前，英特尔已经量产10nm芯片，7nm芯片还在研发之中。尽管微处理器的基本原料是沙子(提炼硅)，但工厂内空气中的一粒灰尘就可能毁掉成千上万的芯片。因此生产 CPU 的环境需非常干净。事实上，工厂中生产芯片的超净化室比医院内的手术室还要洁净1万倍。“一级”的超净化室最为洁净，每平方英尺只有一粒灰尘。为达到如此一个无菌的环境而采用的技术多令人难以置信。在每一个超净化室里，空气每分钟要彻底更换一次。空气从天花板压入，从地板吸出。净化室内部的气压稍高于外部气压。这样，如果净化室中出现裂缝，那么内部的洁净空气也会通过裂缝溜走－防止受污染的空气流入。

但这只是事情一半。在芯片制造厂里，Intel 有上千名员工。他们都穿着特殊的称为“兔装”的工作服。兔装是由一种特殊的非棉绒、抗静电纤维制成的，它可以防止灰尘、脏物和其它污染损坏生产中的计算机芯片。这兔装有适合每一个人的各种尺寸以及一系列颜色，甚至于白色。员工可以将兔装穿在在普通衣服的外面，但必须经过含有 54 个单独步骤的严格着装程序。而且每一次进入和离开超净化室都必须重复这个程序。因此，进入净化室之后就会停留一阵。在制造车间里，英特尔的技术专家们切割硅片，并准备印刻电路模板等一系列复杂程序。这个步骤将硅片变成了一个半导体，它可以象晶体管一样有打开和关闭两种状态。

这些打开和关闭的状态对应于数字电码。把成千上万个晶体管集成在英特尔的微处理器上，能表示成千上万个电码，这样您的电脑就能处理一些非常复杂的软件公式了。

整理自网络。

其他网友观点

芯片半导体主要是由光刻机制造而成，难度就难在光刻机身上，光刻机也不是美国生产，世界上只有荷兰一家公司能生产，而年产光刻机的数量有限，真是一机难求，美国早就把全球所有盟友国高端技术对中国进行封锁，荷兰生产的光刻机也在其中，所以，半导体芯片一直是中国的难题。

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前两天和女同事聊天，她说：现在华为mate40不好买，很多手机店都要加价。我说：华为手机没有芯片，手机加价是很正常的事情。女同事有些疑惑，问：华为不是有自主的麒麟芯片，怎么会缺芯呢？我说：华为只能设计芯片，不能生产芯片，一旦被卡脖子，那么华为就无芯可用了。

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听到我的解释，女同事还是一脸疑惑，她说：芯片有这么难制造吗，连华为都办不到？我说：华为办不到，但中芯国际可以，只不过中芯国际只能生产14nm的芯片，10nm、7nm的芯片，中芯国际也无能为力。

听到我这番话，女同事更迷惑了，因为她并不知道中芯国际这家企业。原来她对手机的了解只停留在华为和芯片身上，其他的她一概不知。不得不说华为的品牌影响力真大，连一个女孩都对华为手机十分认可。为了让女同事知道芯片有多难制造，我给女同事讲了以下五点。

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1，难度一，芯片制造需要最先进的设计方案，目前只有高通、苹果、华为有这个实力

芯片的种类有很多，电脑芯片、汽车芯片、卫星芯片、物联网芯片，但技术含量最高的芯片当属手机芯片，因此我们以手机芯片为例来阐述这个问题。

芯片最开始的步骤是设计，就像建造楼房一样，你在建造前必须要有一个设计图，这样你的房子才会建得稳，建得安全。在这前提下，你能让一楼楼房的布局更合理，利用率更高，居住的人更多，那么这个设计图的认可度更高，那么你建造出来的房子就更好。

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同样的道理，你生产芯片也需要一个设计规划，因为芯片只要拇指盖大小，你要把上百亿的晶体管合理的布局在这个拇指盖上，那么你的设计方案必须让晶体管布局井然有序，晶体管的利用率更高。如果楼房的设计方案是1，那么芯片的设计方案就是100万。

纵观手机芯片设计厂商，仅有高通的骁龙芯片、苹果的A系列芯片、华为的麒麟芯片的设计方案达到了这个标准。诸如联发科的天玑芯片、三星的猎户座芯片的设计方案都没有达到这个要求。而小米的澎湃芯片更是因为设计方案有缺陷导致停滞不前，4年过去了，澎湃S2还未发布。

由此可见，造一枚芯片有多难，仅芯片设计这一步就让很多厂商望而却步！

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2，难度二，芯片生产需要光刻机，而光刻机是全球科技含量最高的产品，不克服光刻机问题，你无法生产芯片

芯片生产有很多道工序，而这些工序都离不开一个核心工具，那就是光刻机。毫不夸张的讲，光刻机是这个星球科技含量最高的电子产品，它的零部件超过10万个，且这些零部件有价无市，不是你花钱就能采购的。更让人感到意外的是这10万多个零件都有各自的专利，其技术含量无可比拟，只要缺少里面的某一个零件，那么你就无法组装一台光刻机。

除此之外，你想组装一台合格的光刻机，你需要用到的技术有很多。比如荷兰ASML的7nmEUV光刻机就用到美国的光源技术，德国的镜头，日本的原材料，荷兰的组装技术等。也就是说没有这个技术，给你10万个零部件，你也无可奈何，只能眼睁睁的看着这些零部件躺在车间里面。

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在我国，中芯国际拥有生产14nm的光刻机，但这个光刻机是从国外采购，因此光刻机这个核心工具，我们并未掌握。可能有人疑惑：我们不是有上海微电子吗？难道上海微电子就不能生产14nm级别的光刻机？很遗憾，上海微电子起步太晚，和ASML、德州仪器等国际巨头有几十年的差距，这个差距不是一朝一夕能够改变的，所以上海微电子目前的生产工艺还停留在90nm光刻机水准。

这样一分析，你就知道光刻机的生产有多难了。可是光刻机仅是造一枚芯片的入场券。如果你想造一枚合格的芯片，那么你就需要与之匹配的生产工艺。

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3，难度三，造一枚芯片需要哪些生产工艺？

能够生产芯片的厂商有不少，台积电、三星、中芯国际是大家比较熟悉的芯片生产商。中芯国际暂且不说，因为它和三星、台积电差距比较大，所以就不做类比。

同样是骁龙888处理器，三星代工生产的骁龙功耗过高，出现发热情况，而台积电代工生产的骁龙888性能强大，功耗稳定。为什么会出现这种情况呢？那是因为芯片生产有几十道工序，每一道工序都是无数次的实践，最终才获得最完美的锻造工艺。毫不夸张的讲，造一枚性能强大，功耗稳定，合格率高、量产化的芯片，这个难度不亚于生产一台7nm的EUV光刻机。