从沙子到芯片，5步带你了解芯片的制造过程
相信你对芯片这个词并不陌生，因为芯片在我们日常生活中应用非常广泛，不同种类的芯片发挥着不同的作用。芯片的存在，让我们的生活变得更加便捷和美好，同时，在信息时代，芯片的高效能又推动着科技不断向前进步。
那么，你了解什么是芯片吗？芯片又是如何制造出来的呢？让我们一起来了解一下吧。
什么是芯片？
芯片，英文全称是integrated circuit，简称IC，是指载有集成电路的半导体元件。芯片犹如人的大脑一样，接收信息，发出指令，控制着搭载芯片的机器。
在我们平常使用的电子设备，如手机、电脑中都有芯片，它们能够正常运行就是靠着一颗小小的芯片，简单来说芯片之于电子设备的地位等同于发动机之于汽车。
不仅手机电脑等智能产品含有芯片，可以说只要涉及到一些比较复杂的功能，就都会用到芯片。
例如收音机里有音频芯片，微波炉里有控制加热时间或加热方式的控制芯片，在一些LED灯具中也存在半导体芯片，洗衣机里有控制芯片，甚至连电瓶车都有一块叫功率控制的芯片，可以说我们衣食住行的各个方面，都有芯片的身影。
芯片是如何制造出来的
01
设计电路图
想要制造芯片这样高精密度的东西，第一个也是最难的一个环节，就是设计电路图。即使对于芯片大厂们来说，每张电路图的设计也都需要来自全球专家的合力：明确该芯片的需求目的，制定规格，在电脑中完成细节设计。
02
打造“地基”硅晶圆
芯片的“地基”名为硅晶圆，无论电路图被设计成什么样，最终都要叠加到它的身上，而硅晶圆最初的模样就是我们熟悉的沙子。
沙子中加入碳，在高温作用下，会转化为纯度99.9%的硅。
硅经过熔化，从中拉出铅笔状的硅晶柱，也就是硅锭。
之后钻石刀会将硅锭切成圆片，圆片经过打磨抛光后便成为了硅晶圆，芯片的“地基”就完成了。
硅晶圆的直径常见的有8英寸（200mm）和12英寸（300mm），直径越大，最终单个芯片成本越低，但加工难度越高。
03
光刻
而从硅晶圆到芯片，还需要经历数以百计的生产步骤。首先是光刻，也就是在硅晶圆上刻出图案。而进行光刻前，要给硅晶圆涂上三层材料，第一层是氧化硅，第二层是氮化硅，最后一层是光刻胶。
紫外线会透过掩膜照射到硅晶圆上的光刻胶，掩膜上印着预先设计好的电路图案。
光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩膜上的一致。
用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后，清除全部光刻胶，露出一个个凹槽。
04
蚀刻与离子注入
接着就是蚀刻与离子注入部分，它们相当于对地基进行装修并加入功能区，让整个晶体管具备流通信息的能力。
首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅，并沉淀一层二氧化硅，使晶体管之间绝缘，然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。
然后把硼或磷注入到硅结构中，接着填充铜，以便和其他晶体管互连，然后可以在上面再涂一层胶，再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构，就像密集交织的高速公路。
05
封装测试
经过这些流程，就得到了布满芯片的硅晶圆，之后用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来，焊接到基片上，装壳密封。经过测试后就可以包装销售了。
即使我们已经对芯片制作过程进行了大幅简化，大家也能看出每一颗小小的芯片中，其实包含了难以计数的元件，涉及前沿核心技术，工艺复杂而又精妙。
芯片是技术难度很高的产品，由于国外多年的技术封锁以及国内的半导体产业起步较晚，我国和国外先进国家的芯片技术还是差距较大。
我国芯片的消耗量占据世界芯片消耗量的42%，但是我国芯片自给率不足30%，每年都要耗费近万亿的外汇储备从国外进口芯片。因此研发中国“芯”，势在必行。
相信未来在企业的研发与国家的帮助下，我国能够突破技术壁垒，完善芯片产业链，真正做到芯片自给自足。国产芯片，未来可期。