一個芯片是如何出生的？

造個芯片，究竟有多難？

很多人以為造芯片只需要光刻機(jī)，然后把硅片放上去，跟機(jī)床一樣就造好了。

騷年，還是 Too Young Too Simple!

首先，芯片設(shè)計師會使用專門的設(shè)計軟件，將幾百億顆晶體管的分布跟結(jié)構(gòu)一一畫出來。

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

然后再通過電子設(shè)計自動化EDA工具，進(jìn)行深入的分析和優(yōu)化，以確保每個部分都沒有問題。

緊接著，設(shè)計師開始著手進(jìn)行布局布線，將每個部分正常連接起來，同時還會加入數(shù)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，要準(zhǔn)備原材料，也就是沙子。

當(dāng)然，用來制造芯片的沙子，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，就會燒出純度為98～99%的硅錠。

但是這種硅還無法用于芯片制造，后續(xù)還需要提純。

首先，它們會在高溫下，與其他氣體反應(yīng)，再經(jīng)過一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)后，得到多晶硅。

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

最后，這個單晶硅棒會被切割、研磨和拋光，最終變成一個平整光滑的硅晶圓。

有了圖紙，有了硅晶圓，下一步就可以制造芯片了。

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

這時輪到光刻機(jī)出場了，它會發(fā)出強烈的紫外光，這些光線會穿過掩膜的電路圖案，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，開始溶解。

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

后面的過程，就是不斷重復(fù)光刻和洗滌，同時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。

整個過程必須精準(zhǔn)無誤，一點點的差錯都可能導(dǎo)致電路無法正常工作，從而讓芯片報廢。

而這不僅意味著要花費巨大的時間成本，還有大量的金錢投入。

有芯片大廠算過這么一筆賬，14nm工藝芯片，流片一次需要300萬美元左右，7nm工藝芯片，流片一次需要3000萬美元，5nm工藝芯片，流片一次更是達(dá)到4725萬美元。

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”，這就意味著芯片制程越小，成本直線上升。

據(jù)悉，在16/14nm制程中，所用掩膜成本在500萬美元左右，到7nm時，掩膜成本迅速升至1500萬美元。

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

再經(jīng)過一系列測試沒問題后，就可以送到客戶那了。

整個過程說起來簡單，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(shù)幾個國家和公司，掌握了高端芯片制造技術(shù)的原因。