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追本溯源，绝大多数的芯片是从沙子中来的。沙子是如何经历千辛万苦摇身一变，成为价格不菲的芯片呢？下文具体说一说芯片是如何制作的。 沙子变成CPU要经历：制作晶圆、前工程、G/W检测、后工程、筛选封装这5个大的流程，细化之后又分为18个比较小的步骤，如上图所示，经过上述步骤后，沙子就变成了芯片。 第一步：制作晶圆严格来说，半导体的主要材料是硅元素，硅元素在地球上的储量仅次于氧元素，硅元素是制作集成电路最优质的原材料。可以说，沙漠这种能大量提供沙子的地方，已经成为优质硅元素的重要来源。 1）硅提纯 沙子的主要成分是二氧化硅，而芯片制造要用到其中的硅元素，也就是单晶硅。这一步需要将硅元素从沙子中提取出来。 目前，主要的提纯手段是将沙子和焦煤放到1800℃的环境中，二氧化硅还原成纯度为98%的单质硅，然后用氯化氢提纯出99.99%的多晶硅，接着进一步提纯99.999999999%的单晶硅。 2）制作硅锭 目前，制作硅锭的方法主要是直拉法，高温液体的硅元素中加入籽晶，提供晶体生长的中心，晶体慢慢向上提升，同时以一定的速度绕着升轴旋转，单晶硅锭就这样形成了。 3）切割硅锭 圆柱体的硅锭还不能用来制作芯片，需要将硅锭切割成1mm厚的圆片，也就是我们常说的晶圆。切割工具是“钻石锯”，价值连城啊。 下图显示了已经切割完成的晶圆，晶圆上还有一个缺口：第一是为了定出晶圆的方向，第二，为了运输拆卸方便。 4）研磨晶圆 切割出的晶圆表面不光滑，需要仔细研磨，打磨因切割造成的凹凸不平的表面。研磨后，还需要用特殊的化学技术进行清洗，最后抛光，到了这一步，晶圆才制作完成。 第二步：前工程前工程的主要流程是在晶圆上制作出带有电路的芯片，其中要用到光刻机，世界上最先进的EUV光刻机，只有荷兰的ASML能够生产。 1）涂抹光刻胶 这一步将光刻胶涂抹到晶圆上，光刻胶是一种感光材料，受到光线照射后会发生化学反应。将光刻胶滴到晶圆上，通过高速旋转均匀一致的覆盖到晶圆上，呈一层薄膜。 2）紫外线照射 这一步进入光刻工艺，需要用到光刻机，是整个CPU制作环节，最复杂、成本最高的。将紫外线通过预先设计好的电路图案磨具，照射到光刻胶上，达到电路图复制的目的。 3）光刻胶溶解 这一步主要是为了溶解经过紫外线照射的光刻胶，未被照射的部分会完整保留下来。溶解后完成的晶圆经过冲洗、热处理后进入下一个环节。 4）蚀刻 将晶圆放到特殊的蚀刻槽中，通过药剂的腐蚀作用，将暴露在药剂中的晶圆进行蚀刻。蚀刻完成后，整个晶圆的首层电路图就完成了。 目前，大多数的芯片晶体管采用了FINFET工艺，单层处理可能无法做出所需要的图案，要经过多次的“涂胶-光刻-溶解”，才能获得最终需要的3D晶体管结构，如下图所示，显示了一个晶体管的结构。
5）离子注入 蚀刻完成的晶圆，不具备芯片所需的电气特性，需要强行将离子注入到晶圆内部，用于控制内部导电类型。经过这一步，晶圆内部的某些硅原子替换成了其他院子，产生了自由电子和空穴的性能。
6）绝缘层处理 到了这一步，晶体管的雏形基本完成，利用气相沉积法在硅晶圆的表面沉积一层氧化硅膜，形成绝缘层。 7)沉淀铜层 将铜均匀的沉积到绝缘层，下一步可直接在铜层上布线。需要再次用到光刻机，对铜层进行雕刻，形成源极、漏极、栅极。
8）构建互联铜层 这一步主要是将晶体管连接起来，也需要经过铜层沉积-光刻-蚀刻开孔-沉积绝缘层等步骤，最终形成非常复杂的多层电路网络。实际最终完成的电路结构会高达几十层。
第三步：G/W检测G/W检测，用于检测晶圆上的每块芯片是否合格。通过探针，输入信号，检测输出端的信号，确定芯片是否合格。
第四步：后工程1）晶圆切片 使用0.2mm的“钻石锯”对晶圆进行切割，切割后的每一小块晶圆（指甲壳大小）都单独成为一个CPU内核，这个过程会有很多破损的芯片，被直接丢弃。
2）内核装片固定 切割完成的芯片，也就是CPU内核，无法直接使用，需要将内核固定到基片电路。
第五步：筛选封装1）封装 这一步给固定好的内核装片，安装一个可以使用的外壳，这个外壳不仅提供固定作用，还可以保护芯片，封装基板的触点与内核装片一一对应，比如intel的LGA封装技术。
2）等级筛选 新的CPU诞生了，还面临最后一道工序，需要测试每一片CPU的稳定工作频率、功耗、发热情况，在这个过程中，如果发现一些硬件方面的取消，会采用硬件屏蔽措施对CPU进行阉割，将CPU分为不同的等级，intel的i3、i5、i7就是这样产生的。
3）装箱零售 CPU经过等级筛选后，就进入装箱包装的环节了。有些进入零售渠道，有些打包出售给联想、戴尔、惠普等主机厂商，称为“散片”。 总之，芯片的制造是集多种工艺大成，我国也投入了大量的资金用于研发芯片，但是整个半导体生态链的完善，需要不断积累的过程，并不是钱能能够解决掉的问题。 |
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