我們生活在一個芯片無處不在的世界里，手里的智能手機(jī)，工作使用的電腦，出行使用的交通工具，都因?yàn)樾酒拇嬖诓拍芡瓿刹粩嗟母碌瑸槿祟愂澜鐜砭薮蟮淖兓?芯片是什么？
芯片，也叫微芯片，由一小塊平坦晶圓上的電子電路構(gòu)成。晶體管是芯片上的微型開關(guān)，可以控制電流的打開和關(guān)閉。在晶圓上通過添加和去除材料形成多層互連的格柵結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成無數(shù)的微型電流開關(guān)。
晶圓由硅制成，與那些可直接傳導(dǎo)電流的金屬不同，硅是一種半導(dǎo)體，通常需要在其中摻雜一些元素（如硼B(yǎng)，磷P）才能實(shí)現(xiàn)電流的傳導(dǎo)，這也為控制電流的開關(guān)提供了一種途徑。硅是地殼中含量第二豐富的元素，僅次于氧元素，在自然界中通常以二氧化硅的形式存在，也就是我們常見的砂子。晶圓便是由主要物質(zhì)成分為二氧化硅的硅砂制成，首先將硅砂熔融成大晶柱，叫做硅晶柱，再將其切割成薄片，便成為晶圓。
芯片上的元件是以納米為單位度量的，1納米是十億分之一米。作為比較，人類頭發(fā)的直徑大概為100微米，也就是一萬分之一米，而一個病毒的直徑大約為14納米。透過最先進(jìn)的光刻機(jī)，目前最先進(jìn)芯片上的最小元件可以加工到5納米以下。芯片上元件的尺寸越小，便能裝更多的晶體管，芯片的功能也就越強(qiáng)大。
芯片的進(jìn)步，使得計(jì)算能力和存儲空間得到大幅度的提升，也推動了高科技的發(fā)展。未來的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人工智能技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而要處理這些數(shù)據(jù)，離不開具有超高性能的芯片。
那么，芯片是如何制造出來的呢？
芯片的制造過程大致可分為以下十步：
1.沉積：將材料薄膜沉積在晶圓上，材料可以是導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體
2.光刻膠涂覆：在材料薄膜上涂上一層光敏材料，光刻膠或者光阻，之后再放入光刻機(jī)
3.曝光：在光刻機(jī)中，光束透過掩模板聚焦在光刻膠上，將掩模板上的圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠上
4.計(jì)算光刻：通過算法優(yōu)化掩模板，減小其受光刻膠化學(xué)變化的影響
5.烘烤和顯影：去除多余的光刻膠
6.刻蝕：去除多余的空白部分
7.計(jì)量和檢驗(yàn)：時刻檢測晶圓的數(shù)據(jù)并反饋給光刻系統(tǒng)
8.離子注入：在去除光刻膠之前注入離子調(diào)整部分晶圓的半導(dǎo)體特性
9.重復(fù)制程：根據(jù)所需要的層數(shù)重復(fù)光刻
10.封裝芯片：切割晶圓，形成單個芯片并封裝
芯片制造所需要的外部條件有哪些？
不同種類的光刻機(jī)和超凈間。芯片就像是迷你的摩天大樓，它的結(jié)構(gòu)可達(dá)到100多層，層與層之間以納米精度相互交疊，這種精度也稱為“套刻精度”。由于層與層之間的圖案不同，便需要不同類型的光刻機(jī)來加工。ASML的深紫外線光刻機(jī)有幾個不同的種類，適用于關(guān)鍵性的小圖案和普通型的大圖案。無論多小的灰塵，一旦落在晶圓上便會對晶圓造成很嚴(yán)重的損傷。所以芯片的制造需要在干凈的環(huán)境中進(jìn)行。世界上多數(shù)廠商所使用的超凈間為“ISO 1級”，即空氣中每立方米顆粒直徑在100到200微米之間的顆粒數(shù)不超過10個，沒有直徑大于200微米的顆粒，而相對比之下，干凈的醫(yī)院里每立方米空氣中有10000顆粉塵，可見，日常的環(huán)境的潔凈度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到超凈間的標(biāo)準(zhǔn)。超凈間中的空氣會不斷的循環(huán)和過濾，工作人員也需要穿著特殊的工作服維持超凈間的潔凈。
芯片的制造模式有哪些？
芯片的制造模式可分為三類：一類IDMs是設(shè)計(jì)并加工芯片，另一類Foundries是依據(jù)代工合同為其他公司加工芯片，有些公司例如高通、英偉達(dá)和超微半導(dǎo)體，只從事芯片的設(shè)計(jì)而不進(jìn)行加工，以期節(jié)約運(yùn)營成本。
芯片如何從設(shè)計(jì)走向量產(chǎn)？
從芯片的設(shè)計(jì)到量產(chǎn)總共要走過四個階段，分別是設(shè)計(jì)階段、開發(fā)階段、試產(chǎn)階段和量產(chǎn)階段。
設(shè)計(jì)階段：在此階段，客戶給廠商提供芯片電路，廠商根據(jù)客戶的實(shí)際需求設(shè)計(jì)和優(yōu)化掩模板
開發(fā)階段：在確定了掩模板后，廠商需要在少量晶圓和光刻機(jī)上試驗(yàn)光刻，確保設(shè)計(jì)好的掩模板可以
被轉(zhuǎn)移到光刻膠上，這也是此階段的難點(diǎn)。
試產(chǎn)階段：開發(fā)階段確定好的加工設(shè)置叫做工藝窗口，在試產(chǎn)階段需要做的便是擴(kuò)大這個工藝窗口，
因?yàn)槊考尤胍慌_光刻機(jī)便會多一個變量，例如光波長、加工精度等，為了能讓更多的光刻
機(jī)協(xié)同工作，需要嘗試將工藝窗口擴(kuò)大，以容納更多種設(shè)置。（可以簡單理解為容錯性）
量產(chǎn)階段：在此階段，廠商需要起到一定的監(jiān)測作用，確保光刻機(jī)能夠以最大的優(yōu)良率不間斷的生產(chǎn)
芯片。
