Question

芯片到底是如何被制造出来的？

Answer 1

一枚小小的芯片中却拥有20亿个晶体管结构，内部就像是放大了的超级城市一般，其复杂程度难以想象。这样精巧的结构设计是如何被制造出来的呢？

芯片制造最基础的材料竟然是我们常见到的砂子，它的主要成份是二氧化硅，在极高的温度下的还原反应从氧化物之中提炼出高纯度的硅晶体，再制作成硅锭，继而把硅锭切成薄如蝉翼的圆形硅片，被称之为硅晶圆。

首先要对硅晶圆进行光刻，然后在上面涂抹上一层特殊的胶水，再把设计好的拥有几十亿个电路元件的芯片图纸制作成掩模版，所谓掩模版就是一种特殊投影成像的底片，这当中有芯片设计之初的图纸，下面就要将其印制到硅晶圆上了。性能越强劲的芯片需要在越小的晶片上放置更多的电子元件，这也对投射的分辨率有更高的要求，这就如同要刻画出更精密的图纸就要拥有更加小的一支笔才能完成这项任务，投影光源的波长越短，它投射出的画面精细度就越高，这就要求光刻机的光源波长要越短。从紫外线到深紫外线，再到极紫外线，当前只有最先进的极紫外线光刻机才能制造出7纳米和5纳米的芯片。

利用极紫外光将芯片设计图纸投影到硅晶圆的光刻胶模上，此时会发生光化学反应，凡被光所照射的地方便可溶于水，再通过显影清洗后，就形成了光刻电路纹理，在用特制的化学药水进行蚀刻，从而得到各种纵横交织的电路凹槽，再将其中注入相应的杂质粒子，在高温条件下扩散，直到导电性能满足设计的需求，再把之前的一系列流程重复几十次，让晶片具有更复杂的三维构造，最后再通过金属镀膜技术将各层之间的元件相互联通。

整个芯片制造的过程要用到大量精细的光学技术，材料技术和精密的加工技术，其中任何一项技术都是缺一不可的。这里极高精度的光刻机是整个芯片生产过程中的重中之重。当前世界上最为先进的极紫外光刻机为荷兰的ASML公司所制造，拥有超大功率的激光器所发射的脉冲激光可产生极端波长的紫外线，脉冲激光击中极小的液态锡时，瞬间可以将其变成高温等离子电浆，此时可激发出光刻机所需要的极紫外光，再经过一些列的反射镜面送入光刻机的投影镜头，对硅晶圆进行光刻。

光刻机重达200吨，是目前世界上最精密的机器之一，单台售价就高达1.5亿美元。曾今中国的某公司就向荷兰ASML公司预定了一台极紫外光刻机，但至今也没有成功交付，这其中包括需要通过美国授权的专利技术，光刻机的激光光源系统就是其中之一。

芯片制造业属于资本密集形和高度技术密集形产业，且研发周期漫长，在这条道路上我们还需要不断的 探索 ，但总有一天我们会成功的。华为总裁任正非曾说：“我们的芯片要赶超苹果公司的还需要至少50年的时间。”在面对日新月异的 科技 发展与技术封锁面前，我们无所畏惧，勇往直前！