芯片的制造原理，3D动画看从砂子到芯片的完整过程

这是一块芯片，把它放大可以看到迷宫一样的线路，线路远远不止一层，每层都错综复杂。再放大就能看到晶体管，一块芯片里有260亿个这样的晶体管，最先进的芯片已经能装900亿个晶体管了。

芯片是怎么造出来的？

·先把石英砂制成多晶硅，加热让它熔化，再让它生长成纯度达到9个9的单晶硅。

·然后掐头去尾切割成硅片，再抛光打磨出镜面就造出了晶圆。12寸晶圆的直径是300毫米，跟一口锅差不多，能切出230个芯片来，但它的厚度只有0.75毫米，非常脆弱。

·加工的时候要用晶圆盒装起来，运到晶圆厂的各个机器里走流程，每次进出机器都需要机械手轻轻地拍拿放，整个过程没有工人接触，保持绝对的干净。

·加工前要先清洁晶圆，先用去离子水清洗，再用气体来干燥，然后放在高温下通入氧气，让晶圆表面形成一层二氧化硅保护层，这样制造芯片的材料就准备好了。

·接下来要用光把电路图刻到芯片表面，说是刻其实是把电路图复制到光刻胶上。先在晶圆中心滴上光刻胶，然后高速旋转，用离心力让光刻胶分布均匀，浅浅烘烤一下帮助光刻胶附着。

·重点来了，下面要把晶圆送进光刻机了，准备一张光掩膜，它是刻着电路图的玻璃遮光板，一张光掩膜就要30万美元，制造一块芯片需要80张不同的光掩膜，算算这得多少钱？这组透镜可以把光掩膜上的图案缩小4倍，再投射到芯片上，光的分辨率决定了芯片能做到多小，顶级的光刻机要2亿美元一台。

·然后用紫外光照射晶圆，光刻胶见光死，被照射到的胶很容易脱落，而没被照射到的留了下来，形成了跟光掩膜一样的电路图，就像盖章一样在晶圆上盖230个章，实际过程很快就形成了230个电路图。

·然后用去离子水和显影液一洗，让已经见光死的胶脱落，露出电路图，再烘烤一次，让晶圆上残留的光刻胶变硬。

·接着就照着电路图刻蚀出电路，把晶圆泡到溶剂里，没有光刻胶保护的地方会被腐蚀掉，严格控制溶剂成分和浸泡时间就能刻出指定深度的沟儿，跟光掩膜上的电路图一模一样。

·如果不刻蚀晶圆而是给它表面喷膜或者让它自己长出一层膜，那没有光刻胶保护的地方厚度就会增加，就好像用遮板来喷字一样。

·薄膜一共有3种：金属、绝缘体也就是氧化物还有硅的结晶层，每种都用不同的工艺来流积晶层。纯硅导电性差，往晶圆里注入金属离子才能实现电流和信号的传递，形成真正的电路。注入离子的时候会破坏晶格，注入之后要顺手修复。沉积和离子注入之前也要用光刻机刻画出电路图，这就是为什么光刻机如此重要。

·这只是完成了一层，而芯片一共有80层，重复上面的步骤80次，每次结束的时候都要清洗晶圆，这才能形成80层堆叠起来的导电或绝缘层，每一层都有设计好的线路图案。再坚持一下，快造好了。

·用电镜检查晶体管的结构，标记出有缺陷的部分，把晶圆切割成小方块，最后完成封装。

价格高达10万块的芯片就制作好了，100000RMB。

芯片是如何制造的？看完你就知道了！

这是我们所熟知的台式电脑中央处理器，其中的芯片指的是那颗含有24个核心的集成电路，它还内嵌了个内存控制器和一块图形处理单元。

当我们放大其中一个区域，可以观察到44000个精细的晶体管排布，这些晶体管仅占整个芯片晶体管总数的一万七千分之一。如将芯片放大至十万倍，其表面密布的金属导线层清晰可见，层是执行基础逻辑运算的晶体管，上方则是绝缘材料和金属层的堆叠。这些金属线的总长度能够达到数百公里，每个晶管表面覆盖五层金属导线，并通过微小的金属孔相互连接，形成了复杂的CPU结构。

芯片的制作过程是这样的：

·先将石英岩破碎、研磨并经过高温熔炼提纯，得到纯度高达99.99%的单晶硅。

·然后将其切割成直径300毫米厚度0.75毫米的硅片。

·硅片背面喷上条形码，并开一个便于识别方向的缺口。

这些易碎的硅晶圆成本大约为100元，但加工成芯片后价值可达到10万美元，远超黄金。并不是所有的硅晶圆都完美无瑕，它们需要经过严格的检测，以排除有缺陷的产品。这些缺陷会影响性能，因此会被检测程序标记并根据质量分级，这也是英特尔对其19、17、15和13处理器进行分类的依据。较低价格的处理器可能有更多的内部缺陷。

在硅晶圆上涂覆光刻胶是制造过程的一个重要步骤。通过烘烤去除杂质后，硅片进入光刻机，紫外光透过带有电路图案的光罩，将图案投射到硅晶圆上，过显影处理，硅晶圆上便形成了与光罩一致的设计图案。

光刻机是芯片制造的核心，包含UV光源、镜头、聚焦透镜和电路图案光罩。光线在光罩上折射后，将图案缩小并准确地投射到光刻胶上。光罩上可以放置两个CPU的电路图案，光刻机能在短时间内将数十亿个晶体管刻画到硅晶圆上。

为了满足市场需求，芯片工厂会同时运作400多台设备，每台设备可以生产5万片硅晶圆，相当于超过1000万颗芯片。然而高端芯片仍然供不应求。

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