高端芯片制造面臨什么生產(chǎn)困難

美國商務(wù)部宣布對中興通訊采取出口管制措施，引發(fā)了全民對國產(chǎn)芯片的關(guān)注。我們什么時候才能實現(xiàn)真正的“中國芯，中國造”？今天我們來簡單談?wù)勚袊?a target="_blank">芯片制造業(yè)。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中國集成電路產(chǎn)品連續(xù)多年每年進(jìn)口額超過2000億美元，一旦缺“芯”，可以想像會面臨什么生產(chǎn)困難。那么“芯片”為什么這么重要？

芯片跟集成電路、半導(dǎo)體是一回事嗎？

欣興電子2017年第四季及全年獲利分創(chuàng)近2年、近3年高點，展望今年，

我們經(jīng)常碰到“芯片”、“集成電路”、“半導(dǎo)體”這幾個術(shù)語，這些詞在我們?nèi)粘５挠懻撝薪?jīng)常是混用的，硬要區(qū)分的話，可以說集成電路是更廣泛的概念。

1958年9月12日，在美國德州儀器公司擔(dān)任工程師的Jack.Kilby發(fā)明了集成電路的理論模型。1959年，曾師從晶體管發(fā)明人之一肖克萊的Bob.Noyce率先創(chuàng)造了掩模版曝光刻蝕方法，發(fā)明了今天的集成電路技術(shù)。

我們所說的集成電路指的是采用特定的制造工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及元件間的連線，集成制作在一小塊硅基半導(dǎo)體晶片上并封裝在一個腔殼內(nèi)，成為具有所需功能的微型器件。在國家的產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計上，集成電路也常常作為一個寬泛的概念而使用。

芯片則是指內(nèi)含集成電路的半導(dǎo)體基片（最常用的是硅片），是集成電路的物理載體。而半導(dǎo)體是一種導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，常見的有硅、鍺、砷化鎵等，用于制造芯片。

集成電路產(chǎn)業(yè)離普通人很近又很遠(yuǎn)。大多數(shù)人只知道手機電腦、各行各業(yè)里面都要用到電子器件，CPU、GPU、單片機、數(shù)控裝備、汽車都離不開芯片，但是說起芯片的設(shè)計制造，卻只有少數(shù)人知道。

芯片行業(yè)的技術(shù)含量可以說十分密集，像畫板子、晶圓、流片、制程、封裝、光刻這樣的芯片制造“黑話”很多人可能聞所未聞。另外，芯片行業(yè)資金極度密集，生產(chǎn)線動輒數(shù)十億上百億美金。此外，人才也是這個行業(yè)的稀缺資源。

一方面是技術(shù)又貴又難、人才難以培養(yǎng)，另一方面是行業(yè)的集中度很高，少數(shù)的幾家大企業(yè)壟斷了行業(yè)的尖端技術(shù)和市場，剩下的企業(yè)里人才的待遇也就很難趕上幾家巨頭了。

從晶圓到芯片，價值翻12倍

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芯片生產(chǎn)是一個點砂成金的過程，從砂子到晶圓再到芯片，價值密度直線飆升。真正的芯片制造過程十分復(fù)雜，下面我們?yōu)榇蠹液唵谓榻B一下。

晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。單單從晶圓到芯片，其價值就能翻12倍，2000塊錢一片的晶圓原料經(jīng)過加工后，出來的成品價值約2.5萬元，可以買一臺高性能的計算機了。

從熔融態(tài)Si中拉出晶圓并切片

獲得晶圓后，將感光材料均勻涂抹在晶圓上，利用***將復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到感光材料上，被曝光的部分會溶解并被水沖掉，從而在晶圓表面暴露出復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，再使用刻蝕機將暴露出來的硅片的部分刻蝕掉。

晶圓片拋光后利用***將電路轉(zhuǎn)印

在晶圓上刻蝕出來復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

接著，經(jīng)過離子注入等數(shù)百道復(fù)雜的工藝，這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)便擁有了特定的半導(dǎo)體特性，并能在幾平方厘米的范圍內(nèi)制造出數(shù)億個有特定功能的晶體管。

鍍銅后再切削掉表面多余的銅

再覆蓋上銅作為導(dǎo)線，就能將數(shù)以億計的晶體管連接起來。

測試、晶片切割和封裝

一塊晶圓經(jīng)過數(shù)個月的加工，在指甲蓋大小的空間中集成了數(shù)公里長的導(dǎo)線和數(shù)以億計的晶體管器件，經(jīng)過測試，品質(zhì)合格的晶片會被切割下來，剩下的部分會報廢掉。千挑萬選后，一塊真正的芯片就這么誕生了。

切割出合格晶片后報廢的晶圓

***精度，芯片制造的卡脖子環(huán)節(jié)

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制約集成電路技術(shù)發(fā)展的有四大要素：功耗、工藝、成本和設(shè)計復(fù)雜度，其中***就是一個重中之重，核心技術(shù)中的核心。

一些裝備由于其巨大的制造難度被冠以“工業(yè)皇冠上的明珠”的稱號，最主流的說法是兩大裝備：航空發(fā)動機和***，最先進(jìn)的航空發(fā)動機目前的報價在千萬美元量級，但是最先進(jìn)的***目前的報價已經(jīng)過億美金。

芯片的集成程度取決于***的精度，***需要達(dá)到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，***的兩套核心系統(tǒng)——光學(xué)系統(tǒng)和對準(zhǔn)系統(tǒng)的精度越高，可以在硅片上刻的溝槽越細(xì)小，芯片的集成度越高、計算能力越強。

目前，世界上80%的***市場被荷蘭公司占據(jù)，高端***也被其壟斷。中國在努力追趕，但是目前仍與國外存在技術(shù)代差，比美國差兩代、比美國的盟國差一代——但是這不是說我們的追趕不重要，如果我們不做出來，國外就可以想怎么賣就怎么賣，賣不賣、賣啥型號、賣多少錢都不由我們，而我們做出來了，國外更高精度的設(shè)備就會賣給我們，價格也相對實惠很多。