能卡我國(guó)脖子的芯片，到底為什么這么難制造？我國(guó)到底卡在了哪個(gè)環(huán)節(jié)，你知道嗎？

芯片，又稱為集成電路、微電路，是當(dāng)今世界最重要的精密元器件，廣義上包括邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片、模擬芯片、射頻芯片等多種類型。它們廣泛應(yīng)用于手機(jī)、計(jì)算機(jī)、汽車、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等場(chǎng)景，未來(lái)的機(jī)器人、低空經(jīng)濟(jì)的崛起，也離不開(kāi)芯片。

所有這些領(lǐng)域，要么是引領(lǐng)整個(gè)未來(lái)科技的，要么是和我們的生活息息相關(guān)的，其重要性都不言而喻。作為支撐它們發(fā)展的芯片，更是絕對(duì)不可或缺的技術(shù)。

了解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的朋友都知道，別看計(jì)算機(jī)的功能非常豐富，其實(shí)說(shuō)到底，全都是通過(guò)二進(jìn)制的“1”和“0”實(shí)現(xiàn)的。而這個(gè)二進(jìn)制，則是通過(guò)海量的微電子開(kāi)關(guān)的“開(kāi)”和“關(guān)”來(lái)輸入信號(hào)的。這里提到的開(kāi)關(guān)，就是晶體管。

芯片的尺寸是有限的，否則制造出來(lái)的設(shè)備就會(huì)極其笨重，失去了使用價(jià)值。芯片性能提升的核心在于晶體管密度的提升，也就是常說(shuō)的“制程工藝”，例如7nm、5nm、3nm等。也就是說(shuō)，同樣大小的芯片，晶體管越小，容納的數(shù)量就越多，芯片性能也就越強(qiáng)。

這么說(shuō)，是不是就好理解一點(diǎn)了？

基本原理懂了之后，我們就進(jìn)一步深入地了解一下，芯片到底是怎么造出來(lái)的。

制造芯片，需要一種重要的化學(xué)物質(zhì)——硅。由硅制成的半導(dǎo)體，是整個(gè)芯片的基礎(chǔ)，就像是一座大樓的地基一樣，決定了整個(gè)建筑的穩(wěn)定性。通過(guò)其特殊的性質(zhì)，技術(shù)人員可以精確控制其特定區(qū)域的導(dǎo)電性，從而制造出能夠開(kāi)關(guān)的
晶體管
。如果是絕緣體或者是優(yōu)良的導(dǎo)體，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種精細(xì)控制的。

硅礦在被采集之后，會(huì)在一系列工藝之后被大幅提高純度，再經(jīng)過(guò)切片、拋光、清洗等流程，得到光滑、平整、無(wú)污染的晶圓表面，這一階段稱為“硅片制造”，是整個(gè)芯片的“地基”，后續(xù)的芯片就要在此基礎(chǔ)上制造。

不過(guò)，芯片到底要做成什么樣的，需要購(gòu)買(mǎi)芯片的企業(yè)自行設(shè)計(jì)。比如蘋(píng)果、英偉達(dá)、高通、聯(lián)發(fā)科這樣的企業(yè)，首先要按照代工企業(yè)的模式，設(shè)計(jì)好想要的芯片，把設(shè)計(jì)好的方案給到下游企業(yè)。

拿到這些方案后，芯片制造商就可以開(kāi)工了。

首先，相關(guān)廠商需要通過(guò)熱氧化的方式，在晶圓表面生長(zhǎng)一層極薄的二氧化硅膜，用作絕緣層或柵介質(zhì)。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于給晶圓表面“穿上絕緣衣”，隔開(kāi)不同功能區(qū)，防止電流串?dāng)_。

接下來(lái)，晶圓會(huì)經(jīng)歷薄膜沉積的過(guò)程，也就是在晶圓表面沉積各種功能薄膜，如導(dǎo)電層（金屬）、介電層（絕緣）或阻擋層。這一步，是用來(lái)在晶圓表面“堆材料”，形成導(dǎo)電、絕緣或屏蔽層，為電路構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)打基礎(chǔ)。

第三步，就是光刻的過(guò)程，這是非常關(guān)鍵的一步，也是我國(guó)被卡脖子的關(guān)鍵一步。因?yàn)樾酒闹匾糠帧w管，并不是制造出來(lái)再安裝上去的，而是通過(guò)光刻的方式刻出來(lái)的。廠商會(huì)先在其表面涂上光刻膠，然后將電路圖案從掩模精確投影到晶圓表面的光刻膠層中。隨后通過(guò)曝光和顯影的過(guò)程，形成電路。

參與這一步的重要設(shè)備，叫光刻機(jī)。目前世界上最先進(jìn)的光刻機(jī)廠商，就是荷蘭的阿斯麥（ASML），這是全球唯一的極紫外線（EUV）光刻機(jī)供應(yīng)商。幾乎所有7納米及以下的芯片晶圓，都必須通過(guò)這種設(shè)備才能生產(chǎn)出來(lái)。

這樣一臺(tái)機(jī)器，可以買(mǎi)到幾千萬(wàn)甚至好幾億美元！即便如此，由于卡脖子的因素，我們就算加錢(qián)買(mǎi)，人家也不賣。所以，在光刻機(jī)方面盡快實(shí)現(xiàn)突破，是我國(guó)目前的重點(diǎn)之一。

第四步叫刻蝕，也就是去除未被光刻膠保護(hù)的材料部分，保留下圖案區(qū)域，屬于第三部的后續(xù)步驟。

第五步是離子注入 / 摻雜，主要是將雜質(zhì)原子（如硼、磷、砷）打入硅中，形成 n 型或 p 型區(qū)域，以調(diào)控晶體管電特性。

需要注意的是，這一系列過(guò)程不是一次性就能完全達(dá)到目的的，需要多次循環(huán)。因此，在第六步中，廠商還需要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，在多層工藝中使表面重新平整，為下一次光刻創(chuàng)造平面。

再然后，就是金屬互聯(lián)，通過(guò)金屬布線把晶體管互相連接起來(lái)，形成完整的電路網(wǎng)絡(luò)，使得這些晶體管可以相互配合輸入或輸出指令。

最后一步，就是檢驗(yàn)與測(cè)量，也就是在各關(guān)鍵步驟之后檢測(cè)是否有缺陷、厚度誤差、圖案偏移等。

經(jīng)過(guò)多次的循環(huán)工序，芯片才能制作完成。不過(guò)，這也只是完成了前端的工作。我國(guó)寶島著名的芯片生產(chǎn)企業(yè)臺(tái)積電，主要就是完成這個(gè)工作的。

要知道，芯片不是一枚一枚制造的，而是在同一塊晶圓上同時(shí)刻蝕大量的電路。在后端工序中，就需要對(duì)它進(jìn)行切割，才會(huì)形成一片片單獨(dú)的芯片。

在切割之后，還有鍵合、封裝成型以及測(cè)試等工序。鍵合就是給芯片加上引腳、封裝基板；封裝成型就是給芯片加上外殼；測(cè)試就是檢測(cè)功能、電性能、可靠性等。上述過(guò)程，合稱為封測(cè)。等到封測(cè)工作結(jié)束后，芯片就可以賣給下游企業(yè)，焊接到各種設(shè)備上了。

在封測(cè)這一步，我國(guó)的大陸企業(yè)還是有一些比較優(yōu)秀的翹楚，在世界范圍內(nèi)也已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)水準(zhǔn)了。

總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)受制約比較大的環(huán)節(jié)，第一個(gè)是EDA工具，也就是用來(lái)設(shè)計(jì)先進(jìn)芯片的工具；第二個(gè)是光刻機(jī)，即便是最先進(jìn)的自主光刻機(jī)，和阿斯麥也有不止一代的差距，只能在成熟制程方面在國(guó)際上保持一定的競(jìng)爭(zhēng)力；光刻過(guò)程中用到的光刻膠、光刻氣體、顯影液等材料，我國(guó)同樣只能在高端之下有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

總之，芯片制造是一個(gè)十分復(fù)雜的工程，對(duì)于任何一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，以一己之力完成全產(chǎn)業(yè)鏈的領(lǐng)先，都是極其困難的。

但話說(shuō)回來(lái)，這么難的事，如果天底下只有一個(gè)國(guó)家能實(shí)現(xiàn)，大概也就是我國(guó)了吧。雖然道路依然曲折，終點(diǎn)依舊遙遠(yuǎn)，但只要我們堅(jiān)持走下去，相信總有一天可以實(shí)現(xiàn)完全的獨(dú)立自主，領(lǐng)先全球。