天天都在說的芯片，到底是什么？

假設一百年或者幾百年之后，回顧2018年到2019年的大國關系，未來的人們可能發明一個新詞，或許就叫做芯片戰爭。雖然這種戰爭暫時還沒聽到槍炮聲響和看到硝煙，但是對未來世界格局的深遠影響，可能不亞于一場次級別的世界大戰。這是因為圍繞芯片這種國際商品而產生的交易額，是當今全球原油交易市場總額的數倍。圍繞石油的大戰已經不止一次，現在圍繞芯片開始的激烈斗爭，也將重構二十一世紀上半葉的基本世界格局。那么現在大家幾乎天天聽到芯片這個詞。那么芯片到底是什么，為何設計和生產芯片成了一門高技術，對大多數人來說，恐怕都是半懂半不懂，或假裝聽得懂，也算一種基本態度。芯片說到底，其實就是一種微電路。那么什么又是電路？打開電腦的機箱，或者任何一種有程序化功能的電器內部，都會看到電路板。芯片就是一種極度微小但功能強大的微縮邏輯電路。

現代集成電路是由基爾比在1958年發明的。因此榮獲2000年諾貝爾物理獎，實用集成電路的發明人是諾伊斯，因過世早而未能同時獲獎，諾貝爾所有獎項只發給在世的人。集成電路可以把很大數量的微晶體管集成到一個小的純硅的薄片上，這是一個巨大的進步。集成電路相對離散晶體管有兩個主要優勢：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的組件通過照相平版技術，作為一個單位印刷，而不是在一個時間只制作一個晶體管。性能高是由于組件快速開關，消耗更低能量，因為組件很小且彼此靠近。現在已經進入納米級，比如7納米級的芯片，一平方厘米面積內就可以集成64個億的微元件，已經接近物理規律的極限，再靠的更近，電子可能就直接穿透了電路之間的空間自然隔離，導致芯片電路自然失效了，這就是摩爾定律在微電子領域內的作用。

先進的集成電路是微處理器或多核處理器的核心，可以控制計算機到手機等一切電子設備。雖然設計開發一個復雜集成電路的成本非常高，但是當分散到通常以億計的產品上，每個集成電路的成本最小化。最終利潤就足夠豐厚。

制作芯片的基礎材料是單晶硅薄片。單晶硅是經過早年的多次試驗后，認為是最合適的大規模制作集成電路的半導體材料。成為集成電路主流的基層。硅元素在地球地殼中含量很高，比如沙子水泥都含有大量的硅元素，但是能利用的是純度極高的單晶硅，也就是提煉出不含億分之一雜質的硅結晶，這種結晶體，直徑越粗壯越好，越大的結晶，可以切割成直徑越大的圓盤薄，在這種薄片上可以印刷更多的呈現長方形的小芯片。單晶硅圓盤的制作直徑，是芯片加工企業的第一個技術高低的指標。過去研發無缺陷純單晶硅晶體的方法就用了數十年的時間。制作芯片的基材，除了使用單晶硅，還有III－V族材料，比如砷化鎵也可以。

現在流水線式的單晶硅芯片的制作完整過程包括芯片設計、晶片制作、封裝制作、測試等幾個環節，其中晶片制作過程尤為的復雜。首先是芯片設計，根據設計的需求，生成的“圖樣”。而制造芯片的原料是晶圓。晶圓的成分是純硅，硅是由石英沙所精練出來的，晶圓便是硅加以純化99．9999999％，接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導體的材料，將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，直徑越大生產的成本越低，但對工藝就要求的越高。

然后對晶圓進行涂膜，涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。再往后是晶圓的光刻顯影、蝕刻。光刻工藝的基本流程。首先是在晶圓或襯底表面涂上一層光刻膠并烘干。烘干后的晶圓被傳送到光刻機里面。光線透過一個掩模，把掩模上的圖形投影在晶圓表面的光刻膠上，實現曝光，激發光化學反應。對曝光后的晶圓進行第二次烘烤，即所謂的曝光后烘烤，后烘烤是的光化學反應更充分。最后，把顯影液噴灑到晶圓表面的光刻膠上，對曝光圖形顯影。顯影后，掩模上的圖形就被存留在了光刻膠上。如果看不明白這一點，就可以把晶圓看做老式膠卷照相機的顯影工藝。

涂膠、烘烤和顯影都是在勻膠顯影機中完成的，曝光是在光刻機中完成的。勻膠顯影機和光刻機一般都是聯機作業的，晶圓通過機械手在各單元和機器之間傳送。整個曝光顯影系統是封閉的，晶圓不直接暴露在周圍環境中，以減少環境中有害成分對光刻膠和光化學反應的影響。

這個復雜的過程使用了對紫外光敏感的化學物質，即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蝕劑，使得其遇紫外光就會溶解。這時可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了，而這效果正是所要的。

下一個工序是摻加雜質，將晶圓中植入離子，生成相應的P、N類半導體。具體工藝是從硅片上暴露的區域開始，放入化學離子混合液中。經過上面的幾道工藝之后，晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。將制造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去制作成各種不同的封裝形式。經過上述工藝流程以后，芯片制作就已經全部完成了，最后步驟是將芯片進行測試、剔除不良品，最后包裝上市。