制造芯片制作芯片的机器有哪些,制作芯片的材料有哪些

这就是一块芯片从无到有诞生的全过程，实际的过程要比笔者所编写的内容要复杂的多的多，其实我国早在上世纪70年代就已经开始了对芯片行业进行布局了，只不过最后由于国情问题最终放弃了，导致我们国家的芯片研发技术和国外发达国家拉了一个身位，不过我相信随着时代的发展，国家资源的倾斜，我们国家的芯片技术将会有大踏步的发展。

芯片到底是怎么做出来的？

文/小伊评科技芯片是怎么做出来的，这个问题问的很大也很复杂，估计就算是芯片行业的从业者都不一定能完全准确的将芯片的设计过程讲清楚，而且就算是讲清楚最后也可能会成为晦涩难懂的“专业文章”，对于普通读者来说也犹如看天书一般，专业有余易读性较差，那么本文就通过比较简单生动的描述来给大家还原一下一款芯片从无到有的全过程。

一片芯片从无到有的全过程大概可以分为四个步骤——“芯片设计”“晶圆生产”“芯片光刻”“成片测试以及芯片封装”这四个步骤，本文也就从这四个步骤讲起给你还原一个真实的芯片从无到有的全过程。第一步·芯片电路设计目前大家所熟知的高通，华为海思，苹果，联发科等等这些半导体企业其实本质上都是一个个的芯片设计商，专业术语叫做集成电路设计公司，他们的工作是设计芯片本身的电路图，架构（某些低端芯片可能能做到自设自产）你可以简单地理解为他们就是建筑行业当中的设计院，是画图纸的。

一款芯片在设计之初，首先需要确定芯片的规格结构以及用途，这一步叫做规格制定。就像大家在搭建楼房时要首先确定这栋楼房里面有几梯几户，户型大小，用途之类的工作一样这一步直接决定了处理器最终的形态。就拿麒麟990 5G来说，麒麟990 5G在芯片前期规划的时候就已经决定要将5G基带和CPU，GPU等集成在一起，所以在尽心芯片设计的时候就需要考虑合理的分配CPU，GPU以及5G基带的资源（为了集成5G基带华为不惜将芯片的面积做大，削减原本可以分配给CPU以及GPU的资源）在规格制定之后就需要进行前端以及后端设计了，这一步需要前端设计工程师采用硬体描述语言(HDL)根据前期规划的要求将芯片的结构用代码语言描述出来（其实很类似于程序员写代码）在这一步还需要考虑采用什么指令集（相当于是处理器世界当中的操作系统），对应的采用什么架构等等，是一个非常复杂的过程。

在完成了准确无误的HDL Code之后，就需要交由放入电子设计自动化工具(EDA tool)中生成成真实的电路图（EDA设计软件被美国公司所主导，我国尚且没有类似工具所替代）然后经过反复的测试论证之后就会生成一个复杂完整的总的电路图，如下图所示，基本上接近于芯片真实的样子了，如下图示。这就是一套比较完整的芯片设计的总过程，看似简单但是很多流程是非常的繁琐以及复杂的，需要耗费大量的人力物力成本，尤其是牵扯到高端芯片电路设计的时候复杂程度会呈现几何倍的增长。

第二步·晶圆生产其实咱们目前所见到的芯片都是由沙子一步步处理而来，沙子虽然足够廉价但是其处理的过程那可是相当的复杂。首先是通过对沙子进行高温脱氧，提取沙子中的硅元素，然后经过一系列高精度的提纯等过程得到一块高精度的硅锭或者硅柱，然后再对硅柱进行横向的切割就得到了芯片生产时所必须要用到的一片一片的硅片。

这里面的难点就在于硅元素的提纯，因为芯片对于硅元素的纯度要求非常高需要达到99.999999999%以上，如此高精度的提纯工艺可不是一个简单的工程。目前掌握高端晶元生产工艺的多背日本，韩国以及台湾等企业所垄断，我国的晶圆生产工艺尚在爬坡的过程中。第三步·利用光刻技术在晶圆板构建芯片的核心结构在芯片设计的第一步大家应该已经知道了，芯片设计厂商会将一款芯片的电路图通过设计软件进行设计，那么如果将这部分设计稿最终展现在一块小小的晶圆上呢？这就需要用到光刻的技术了，他们会在晶圆上覆盖一层光刻胶（被日本垄断）然后利用光刻胶会被光腐蚀而不会被腐蚀液腐蚀，金属会被腐蚀液腐蚀而不会被光腐蚀等特性在硅晶圆上进行非常复杂细致的“雕刻”和“打磨”工作，经过反复的离子注入、清除光刻胶、电镀、表面镀铜、抛光、切割、检测等程序等等一系列步骤之后，一款芯片的雏形就已经诞生了。

这个步骤是芯片生产过程中的难点，其中最重要的机器就是光刻机，目前顶级的光刻机一台的价格就可以卖到上亿元人民币，而且还是战略物资，有钱也不一定能够买得到，目前顶级的光刻机被荷兰的ASML公司所垄断，目前他们已经我们国产光刻机只能达到稳定生产28nm工艺芯片的技术，和荷兰的的ASML公司相差较大。最后一步·测试以及封装最后一步就是测试以及封装了，我们目前所能买到的芯片其实都是封装后的产物，简单来说就是将制造完成的晶圆固定，绑定引脚，然后根据用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外在因素采用各种不同的封装形式；同种芯片内核可以有不同的封装形式，比如：DIP、QFP、PLCC、QFN 等等，下面这些都是常见的封装方式。

这就是一块芯片从无到有诞生的全过程，实际的过程要比笔者所编写的内容要复杂的多的多，其实我国早在上世纪70年代就已经开始了对芯片行业进行布局了，只不过最后由于国情问题最终放弃了，导致我们国家的芯片研发技术和国外发达国家拉了一个身位，不过我相信随着时代的发展，国家资源的倾斜，我们国家的芯片技术将会有大踏步的发展。

为什么芯片要用硅作为半导体材料，而不用其他的呢？

芯片为什么要用硅作为材料，对于这个问题，第一，硅是宇宙最广泛存在也是含量最高的一种元素，在地球上含量达到25.7％，所以取之不尽；其二，硅化学元素周期表是第十四号元素，原子中最外围电子是4，既容易失去电子，有容易得到电子，所以具有导体和绝缘体之间的特性，即半导体特点，说它导电它又不导电，说它不导电它又导电。

其三，硅是一种晶体，也就是说硅原子周围都有四个相邻原子，它们成正四面体结果，即共价键结构，如果在共价键上掺入三价硼原子，那么磷周围势必要借一个电子，才能组成共价键结构，这样掺杂越多，借的电子也越多，这样共价键上因缺少了很多的电子形成空穴即正电荷，这样的半导体依靠来空穴导电，我们称它为p型半导体；同理如果在硅原子中掺入五价磷原子，磷外围有五个电子，必然要丢掉一个电子即4个电子组成共价键，掺杂的越多丢失电子也越多，我们把这种依靠电子导电的半导体称它为n型半导体，p型n型半导体组合在一起就形成了二极管，三极管，场效应管，还有集成电路等等。