#洞察产业##集成电路##芯片制造难在哪#

在昨日的文章中，本号从最直观的角度简单说明了下芯片设计和制造的难易程度，认为芯片制造的难度要大于芯片设计。这里从宏观上再给大家简要分享下芯片制造的难点。

在最底层理论上，芯片制造几乎涉及了迄今为止人类能掌握并运用的众多学科知识极限，包括了微电子、材料、机械、光学、电气、电磁学、计算机、地球物理、管理学、社会学等等诸多学科的交叉，芯片制造与其说是集成电路，不如说是集成人类知识和经验最多的产品。可想而知，芯片制造的门槛该有多高。

芯片的一生是从石头开始的，石头中的硅是制造芯片的基础材料。硅是地球上最为丰富也最为常见的固体矿物，在地球表面占比超过了25%，可以说是遍地都是，俯手可得。但硅基本以氧化物，如二氧化硅的形式存在，芯片所使用晶圆是99.999999999%纯度的单晶硅。目前制造单晶硅片的方法是采用拉晶方式，用硅种让硅原子排队形成高纯度单晶硅圆柱，再切割成硅片。硅片只是芯片制造诸多材料中的一种，其他还有特殊气体、光刻胶、化学试剂等原材料的制备也是人类技术的顶尖级，这里就不再赘述了。

芯片最基本的原材料制造就已经涉及到了原子级别，而这才刚刚开始。接下来就需要将设计图纸做成实物了。在原子级别的硅片上制造芯片，已经进入到纳米级别，1纳米是0.000000001米。在形容芯片大小的时候，我们常用“指甲盖”来做形象比喻，那1纳米则相当于指甲厚度的十万分之一。目前最为领先的芯片制造企业三星、台积电的工艺已经可以达到
2纳米，也就是说芯片上的晶体管线路可以做到十万分之二的指甲盖厚度。芯片设计从早期的二维平面已经发展到了3D立体，相当于从画画变成了盖楼房，且数量越来越多，结构越来越复杂，指甲盖大小硅片上要制造几十亿、几百亿的晶体管线路。需要涂膜、光照、蚀刻等多道工序、反复多次才能完成。若有一个环节出错，则全部成为废品，需要重来。对设备、材料、管理能力都提出了极限苛刻的要求。

光刻机是芯片制造的最核心设备，荷兰阿斯麦尔ASML公司垄断的目前全球光刻机市场，特别10纳米制程以下的芯片制造，使用的都是ASML最先进的极紫外光设备EUV。一台EUV光刻机重达180吨、需要十余万零部件，供应商囊括了全球相关行业最顶尖的公司。要把这些公司整合在一起，不单单是经济利益驱动就能完成的。

因此，芯片制造需要集成全球的厂商、资金和最顶尖的人才并在强有力的大手组织在一起才能完成。如果按照目前我国的国产替代和自主可控战略，如果要实现芯片制造上的完全国产替代，则相当于需要在短时间内，我国要掌握和运用目前人类最高精尖的知识和技术的全部，这几乎是不可能完成的任务。但对于我们中国人来说，虽然难度大，但这也是我们摆脱西方限制唯一的途径。在芯片制造的整个产业链上，从硅片到光刻机，欣喜地发现有众多的国产企业开始取得了突破，相信假以时日，国产芯片制造一定能崛起。

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