來源：超級無線店

如今的5G手機終端已經遠遠不止是通信工具，還可以是辦公生產工具、可以是相機、可以是身份證明、可以是影音娛樂設備、插入VR設備中甚至可以是元宇宙的接口，它伴隨人們左右，填滿了人們每天日常。為了實現這些功能，終端內的數十種芯片正在勤勤懇懇地默默奉獻中。

而一款芯片的誕生主要由芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試組成。有人說芯片制造好似樂高搭積木，芯片設計相當于樂高的那張設計圖紙，那么根據圖紙搭個積木很難嗎？接下來就給各位看官介紹下芯片制造是如何點沙成“芯”的（硅基芯片為例），讓咱們看看他到底難不難。

說到搭積木首先咱們得有基本的積木塊塊，而芯片的“積木”就是晶元了。晶元其實就是高純度的硅切片。首先，為了得到高純度的硅，將硅石（二氧化硅，也就是沙子）通過氧化還原反應，還原成硅，并通過各種化學提純手段，去除硅里面雜質，這時硅的純度可以達到99.999999999%。

純度雖然很高了，但是此時硅的晶格排布還是紊亂的。為了得到整齊排布的硅，一般會通過直拉法等方法，用單晶的硅種將多晶的硅液“誘導”形成一根具有晶格整齊排布的單晶硅棒。

然后，掐頭去尾，再用鋼琴絲做的線刀將其切片，分成一片片的硅薄片，也就是晶元，到這里我們總算是有了初始的“積木”。

有了“積木”，接下來就是照著圖紙“搭積木”了，也就是硅晶元上生成數以千億計的晶體管以及對應連接的電路。為了生成這些晶體管就需要對晶圓進行反復加工，一層層堆積，最終形成一晶圓的未包裝的芯片裸片。接下來，給各位看官具體介紹下如何在晶圓上長出晶體管并形成芯片。

（一）

Step 1?光刻加刻蝕，芯片制造的核心

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當拿到一片晶圓后，首先需要對它進行清洗和離子注入（一般讓其呈P型）的工作。然后通過化學氣相沉淀，在晶圓上長出來芯片需要的一些層。為了在晶圓上雕刻我們想要的圖形，我們需要用光刻膠保護住不希望刻除的部分，那么就需要用光刻膠“畫出”我們想要的圖形。這一步我們用光刻膠涂滿晶元，然后激光穿過雕刻著圖形的掩膜板，和光刻膠反應。反應后的光刻膠可以用顯影液清洗掉，這樣我們就得到了想要的光刻膠圖形，并形成了晶體管位置的基礎圖形。

光刻加刻蝕在芯片制造中會反復出現，用來雕刻不同位置的圖形，這個方法是芯片誕生的核心思想。

（二）

Step 2?物理和化學交織，編織出芯片制造的基礎

實際從制備晶圓，提純硅材料開始，化學就始終陪伴著芯片制造。在對晶圓的加工過程中，化學與芯片制造就結合得更為緊密了。從化學氣相沉淀生長材料、到離子注入使材料呈現特定的特性、再到光刻膠的去除及固化和濕式刻蝕通過化學反應溶解需要去除的部分，化學不可或缺地扮演著重要角色。接下來的晶體管生成更是可以清晰體現這點。

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對上面的晶圓繼續加工，在側壁生長硅氧化物對各晶體管進行隔離，然后將頂部的氧化層去除，再生長一層純凈的氧化層，并在氧化層上生長一層多晶硅來制作晶體管的柵極。接下來再實施一次光刻加刻蝕，完成柵極制作。接下來施展離子注入，在晶圓上形成n型區域，此時已經有晶體管的雛形了。接著生長硅氧化層并用干性刻蝕，使得n型區域剝離出來的同時，給柵極增加側壁保護。然后，再用離子注入形成高濃度n型導電區域，此時晶體管已經基本完成。為了更好連接各個電極，先濺鍍生長一層鈷薄膜，然后加熱讓鈷和硅反應生產硅鈷薄膜，最后用濕式刻蝕去除多余的鈷膜，晶體管就算正式完成了。

（三）

Step 3?芯片加工反復重復，勇敢牛牛不怕困難

從上述的步驟可以看到在芯片制造的過程中，反復對晶圓進行材料生長然后光刻刻蝕，或直接刻蝕。而實際上，上述步驟只是最簡單的示意，實際加工中有些步驟甚至需要反復重復達數十次。而復雜的背后是因為芯片加工維度是納米級的，設備無法精準地指哪兒打哪兒，那么只能靠反復重復，一點點地完成芯片加工。所以說芯片制造搭的是個“納米積木”。而后面的晶體管連線也又一次體現了芯片加工的復雜性。

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在剛剛形成的晶體管上生長出硅氧化膜，然后通過光刻和刻蝕形成通孔，然后濺鍍上氮化鈦保護膜，然后繼續生長出鎢膜，最后打磨掉多余的鎢膜，形成鎢塞，這樣晶體管的管腳就引出了。隨后濺鍍上鋁膜，并通過光刻和刻蝕得到想要的第一層布線圖形，到這里第一層布線就完成了。

也許有看官說，感覺連線也不是很復雜啊，但是一般一顆芯片需要數十層布線層，這就不是一件輕松的差事了。

完成芯片裸片的制作后，經過減薄、劃片、引線等后道封裝以及測試，芯片就呈現出我們一般看到的樣子了，算是大功告成。

看到這兒各位看官應該對芯片制造有了初步的了解。至于這個“積木”是否難搭也有了自己的答案了。當然上面的步驟僅僅是簡單的介紹，其背后還有很多的原理和需要解決的問題點，更關鍵的是現在主流的7nm/5nm工藝采用的是鰭式3D結構，加工難度和復雜度進一步提升，各位看官可以去自行搜索一下，感受一下為了獲得更高芯片性能，工程師們所做的努力與掙扎！可以說，5G終端中的每一塊小小的芯片中都凝聚了工程師們的畢生所學，閃耀著點石成金的神奇光芒。

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