晶片有多難造?晶片是如何製造出來的?為何能難到十幾億中國人

大部分電子產品都在我國生產組裝,但是大部分利潤都被外資企業拿走了,原因就是我們缺芯少屏。經過這些年的努力,我們的螢幕產量已經成為世界第一,螢幕的品質也有了長足進步。然而晶片仍然是國人心中的痛,國產晶片仍然大幅落後於世界先進水平。晶片到底有多難呢,以至於十幾億國人都拿它沒辦法。

晶片有多難造?晶片是如何製造出來的?為何能難到十幾億中國人

晶片製造需要上千道工序,繁瑣且複雜

我們有空間站了,可以載人航天,上九天攬月。我們也有深潛器,可以載人潛行,下五洋撈鱉。我們還發展出自己的北斗導航系統,甚至上月球取壤,可是我們在晶片領域仍然要被卡脖子。

因為製造晶片需要非常繁複的過程,每一步都非常重要。

第一步就是製作晶圓。

從沙土中提取矽,在經過多次提純,得到電子級矽。電子級矽的規格極高,要求每一百萬個矽原子裡面,只能含有一個雜質原子。提純後就能得到矽錠,矽錠一般都是圓柱形,純度為

99。9999%。之後再把矽錠切片,切下來的矽片都是圓形,所以也

叫做

晶圓。晶圓在經過細緻的拋光,以備後用。

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第二步就是電晶體階段。

在晶圓上均勻的塗抹光刻膠,這時候就需要光刻機出馬了,光刻機把事先做好的電路結構刻印在晶圓上,在利用刻蝕機把線路圖挖出來。之後開始離子注入,然後清除光刻膠。接著在晶圓上填充銅,把電晶體連線起來。最後在晶圓上鍍上一層硫酸銅,電鍍完畢後,在打磨晶圓表面,把多餘的銅去掉。

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第三部就是封測階段。

一片晶圓加工後,裡面就佈滿了導線和電晶體。這時候要送到封測廠進行測試,合格的部分就會被切割下來,不合格的部分就成為廢品。經過這麼多道工序,一片珍貴的晶片就形成了。

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晶片製造需要成百上千道工序,需要非常精密的機器裝置,還有很多材料和氣體也不可缺少。也正是因為製造晶片太難,所以目前各大晶片工廠的機器都是

“萬國牌”。

而我們由於起步晚,又遭受到西方國家的技術封鎖,面臨的困難更大。

首先,我國的晶片設計能力雖然和世界同步,也算得上先進水平,不過設計軟體卻由美國三家公司把控。

而且這種軟體需要下游晶片工廠的資料庫支援,會形成強者愈強,弱者更弱的局面。目前國產軟體的市場份額非常小,晶片工廠更不願意分享他們的資料庫,我們的形勢非常不樂觀。

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其次就是晶片製造需要的機器和裝置。

目前半導體裝置主要由歐、美、日把控。歐洲的阿斯麥,美國的應用材料、泛林和科磊,日本的東京電子基本瓜分了這個市場。我國目前最接近世界先進水平的就是刻蝕機,而且我們的刻蝕機已經進入世界最大晶片代工廠的產線。至於我們國產的光刻機、離子注入機、量測裝置和溼法裝置,雖然和歐美裝置還有差距,但是已經能滿足成熟製程的需求,有些裝置已經進入客戶廠房安裝除錯。

還有關鍵材料和氣體。目前半導體關鍵材料主要由日本掌控,一些特殊的電子氣體則被歐美公司控制。我們國內雖然有數千家類似企業,但是它們的規模普遍偏小,技術也比較落後,純度達不到電子級規格,有些企業產品雖然達到晶片工廠的要求,但是一個新的供應商要經過幾個月的測試,為了穩定,很多晶片工廠寧可使用國外昂貴的產品。

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最後就是封測裝置。

我國的封測技術和晶片設計類似,都算得上世界先進水平,但是和晶片設計一樣,晶片封測需要的裝置大部分依賴進口,不過晶片封測工廠的國產裝置已經算多了,比例可以達到

30%,而晶片製造工廠的國產裝置比例大約只有20%。

我們正是在這麼多方面都略顯不足,晶片產業才落後於世界先進水平的,不過我們也不要氣餒。高階晶片畢竟是各個國家、各個學科協力合作的結晶,我們以一國之力做到目前的成就已經相當了不起了。

不過我們不要自滿,更不能自怨,我們還是有很多機遇的。

第一,我們只是高階晶片受制於人,成熟晶片則可以自給自足。

而高階晶片目前大多應用於手機、平板電腦等終端電子產品。至於汽車、醫療器械等其他領域則不需要高階晶片,所以我們雖然不會生產高階晶片,但這不是世界末日,除了手機和平板,其他領域基本不受影響,它們照樣可以蓬勃發展。

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第二,矽晶片將到物理極限。

我們知道目前主要是矽晶片,而矽片是有物理極限的。別人會因為物理極限而停滯,這恰好給我們追趕的機會。而且目前我們的碳晶片也有重大進展,甚至有彎道超車的機會。

第三,我們有天然的文化優勢。

晶片製造是腦力密集型產業,需要大量吃苦耐勞的工程師。工程師不僅要整天穿著無塵衣,超時工作,就算下班,他們也處於待命狀態。而提高晶片良率更需要極大的耐力。那麼哪裡最重視教育,人民又吃苦耐勞呢。所以放眼望去,全世界的晶片代工廠基本都集中在東亞儒家文化圈,比如中國臺灣的臺積電和聯電,中國大陸的中芯和華虹,韓國的三星以及格羅方德在新加坡的工廠。就算遠在美國的晶片企業,裡面大部分骨幹都是華人。儒家文化就是發源於我國。吃苦耐勞更是我們的標籤。至於重視教育,我們敢說第二,估計沒人敢說第一。這種文化是我們的基礎,也是製造晶片必備的要求。

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之前有些企業嫌麻煩,不願使用國產裝置和材料,但是現在礙於美國的封鎖,他們不得不進行國產替代。國產裝置有了市場,才能進一步發展下去。

晶片製造雖然困難,但是風險和機遇並存。好在我們知道如何趨吉避凶,相信不久的將來,各行各業都能用上中國芯。