一塊晶圓可以制造出多少個(gè)芯片呢？

CPU堪稱是人造物的巔峰，一塊指甲蓋大小的芯片卻能包含幾千萬(wàn)甚至幾億個(gè)晶體管，而這些芯片都是由晶圓做成的，晶圓是制作硅半導(dǎo)體電路用到的硅晶片。

單片晶圓的設(shè)計(jì)成本能夠高達(dá)543美元。隨著5G和ALOT的發(fā)展，今年全球晶圓代工收入預(yù)計(jì)將會(huì)同比增長(zhǎng)23.8%，創(chuàng)十年新高。而純晶圓代工全球排名前10的廠商，包括臺(tái)積電、三星、格芯、聯(lián)電、中芯國(guó)際、高塔半導(dǎo)體、力積電、世界先進(jìn)、華虹半導(dǎo)體和東部高科，其中大部分是中美企業(yè)。2019年，全球晶圓代工市場(chǎng)約627億美元，其中臺(tái)積電占了59%，占領(lǐng)了一大半市場(chǎng)。

那么晶圓是如何煉成的？

這里簡(jiǎn)單介紹一下，首先要把沙子變成單晶硅，沙子的本質(zhì)是二氧化硅，在2000℃高溫時(shí)，二氧化硅和碳發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生粗硅。當(dāng)粗硅提純到一定純度時(shí)，就會(huì)變成多晶硅，再把多晶硅放入石英坩堝，用電流加熱器把硅加熱成液態(tài)，加入磷、硼、砷等元素以改變導(dǎo)電性，然后安置籽晶，讓晶體不斷生長(zhǎng)成單晶硅，就能冶煉出高純度的硅錠，這方法叫做單晶直拉法。那么硅錠到底有多純呢？相當(dāng)于10萬(wàn)噸的單晶硅，只能含有1克雜質(zhì)。晶圓呢？就是從硅錠中研磨和切割出來(lái)的。每片晶圓的厚度大概在0.5～1.5毫米左右。

從硅錠切割出來(lái)的晶圓相當(dāng)于是地基，要想在上面造出晶體管，需要光刻技術(shù)。把設(shè)計(jì)好的電路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)印到晶圓上，再進(jìn)行蝕刻、離子注入、電鍍和拋光等操作，才能進(jìn)行切片，即把圓形的晶圓切割成方形的芯片。

那么一塊晶圓能生產(chǎn)多少個(gè)芯片呢？

現(xiàn)實(shí)中，晶圓有8英寸、12英寸還有18英寸等等。

晶圓尺寸越大，芯片的制程就越小，而目前14nm或以下制程的芯片，其實(shí)都是用12英寸的晶圓制造的，因此12英寸晶圓的出貨面積高達(dá)65%。那么我們就來(lái)計(jì)算一下一塊12英寸晶圓能夠生產(chǎn)多少個(gè)芯片。

12英寸晶圓的表面積大約是70659平方毫米，而麒麟990 5G的芯片面積是113.31平方毫米，那么是不是做除法就能得出結(jié)果呢？當(dāng)然不是啦，因?yàn)榫A是圓的而芯片是方的，在圓形的晶圓上切割方形芯片會(huì)產(chǎn)生一些邊角料，所以用晶圓表面積除以芯片表面積計(jì)算是不對(duì)的，正確的公式應(yīng)該是用晶圓面積除以芯片面積再減去晶圓周長(zhǎng)除以2倍的芯片面積的開(kāi)方數(shù)。

而12英寸晶圓的直徑是300毫米，把它代入公式可以算出約為640塊芯片。

但是呢？但這個(gè)過(guò)程還要考慮良率等問(wèn)題，也就是會(huì)有殘次品存在，所以實(shí)際能生產(chǎn)的芯片只有500塊左右。

臺(tái)積電在晶圓代工行業(yè)處于龍頭位置，但技術(shù)仍受限于美國(guó)，大陸的中芯國(guó)際和華虹集團(tuán)也是一樣的。目前荷蘭的高精度光刻機(jī)制程通常在5nm到7nm之間，而我國(guó)最好的國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)才能達(dá)到90nm，但是預(yù)計(jì)兩年后，我國(guó)能造出第一臺(tái)28nm光刻機(jī)，進(jìn)一步縮小和國(guó)外芯片技術(shù)的差距。目前全球各大8英寸晶圓代工廠已經(jīng)接近滿產(chǎn)，晶圓代工產(chǎn)能不足的情況可能要持續(xù)到2022年以后，如果我們能抓住機(jī)會(huì)，建造更多的晶圓廠，就能占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額，提升在半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

原文標(biāo)題：一片晶圓究竟能生產(chǎn)多少個(gè)芯片？

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