大到飞机、汽车，小到手机、玩具，集成电路作为信息化时代的“粮食”而变得不可或缺。而芯片则是指内含集成电路的硅片，它有几十种大类，上千种小类。我们最常用的手机的电路板上，就集成了基带、处理器、协处理器、射频、触摸屏控制器芯片、存储、处理器、无线IC和电源管理IC等芯片。

假如把集成电路比喻成一个人，芯片就相当于人身上的器官。集成电路是非常精密的仪器，其单位以纳米计，对设计、制造工艺要求都异常严格。仅仅原材料提纯问题，硅的纯度需要达到99.9999999%，小数点后6~7个9，比航天科技需要达到的可靠性4个9到5个9之间(表示在软件系统一年时间的使用过程中，系统可以正常使用时间与总时间之比)还要高。这也是部分说法认为“研究集成电路比研究航天科技还要复杂”的依据。

所以完全可以这么说，芯片虽然不是面向消费者的终端产品，但掌握了芯片核心技术，就占领了整个科技产业崛起的关键点。

5000道工序“炼”成一颗“芯”

一块芯片的制造工艺非常复杂，一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。

拿代工厂来说，需要先将“砂子”提纯成硅：沙子中含有丰富的硅元素，脱氧后的沙子能提炼出最多25%的二氧化硅(SiO2)，二氧化硅和焦碳在高温下充分燃烧后可制得粗硅。把粗硅粉和干燥的氯化氢气体放在合成炉中反应得到三氯氢硅，再经过精馏、熔炼、提纯等步骤，我们就得到了制造芯片的原始材料硅。

硅凝结后形成了多晶硅棒，经过一轮的提纯、拉单晶等技术，硅纯度高达99.9999999%的电子级单晶硅锭就“诞生”了。再把单晶硅锭横向切割成圆形超薄的单个硅片，就得到了半导体产业的根基，即我们常说的硅晶元。

接下来还需加工晶元。切割出的硅晶元经过抛光后表面几乎完美无瑕，甚至可以作为镜子使用。接下来它会被一边旋转一边浇上光刻胶液体，紫外线会透过预先设计好的电路图照在光刻胶层上，形成微处理器的每一层电路图案。

▲技术人员把处理好的硅晶元放在架 子上

芯片制造的命脉是“光刻”

接下来的光刻步骤就是真正的“黑科技”所在了，要在一块晶圆上切割出数百个处理器，正因为有了这个步骤，我们才能在微小的芯片上实现功能。不过这还不算什么，从这个环节开始，光刻机需要把视野缩得更小，集中到其中一个单处理器上，开始“雕刻”以纳米级为单位的晶体管等部件。

晶体管在处理器中的作用相当于开关，可以控制电流的方向。而晶体管当前技术的飞速发展，完全可以做到“须弥山藏于芥子”：一个普通针头上可放下大约3000万个，不过纵然是这种水准也早已被更新。眼下，我们使用的主流芯片制程还是14纳米，而从今年起，整个业界开始向10纳米制程发展。

如果说之前晶体管还在延续摩尔定律效应，5纳米被认为是芯片制造的物理极限，一旦晶体管大小低于这一数字，它们赖以存在的物理基础不再成立，如绝缘氧化物量子隧穿效应、沟道原子统计涨落和功耗等，给芯片制造带来巨大挑战。但随着进入14纳米的技术节点之后，芯片制造其实已经来到“后摩尔时代”，这时微电子技术的发展将不再遵守等比例缩小的定律。

2016年10月，美国劳伦斯伯克利国家实验室就已造出由纳米碳管和二硫化钼(MoS2)制作而成小至1纳米的晶体管。有业内人士认为，在“后摩尔时代”，通过对材料的改进和更新，芯片可能会做到更小。而据俄罗斯卫星新闻网2017年2月4日的报道，俄罗斯和美国专家组成的国际科研组已在世界上首次推出一维半导体材料，未来的电子产品有望耗电量更小、体积更小巧，而速度却更快。

表面电路如同复杂高速公路

复杂的光刻步骤完成后，下一步是溶解、蚀刻，祛除掉晶圆上不需要的光刻胶，这时就能看到已经设计好成型的电路图案。经过离子注入步骤(在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射注入固体材料)改变注射区域的硅的导电性，再经过电场加速后，使注入的离子流速每小时超过30万千米。然后再经过一轮清除光刻胶的步骤，晶体管就基本制作完成了。

接下来就是制作连接晶体管的金属层了，在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到密密麻麻、极其复杂的电路网络穿插其中，形如立体的多层高速公路系统。

最后，芯片还要经过一系列的极其复杂的测试步骤，通过层层考验后达到封装级别，才能出厂。这其中许多工艺都在独立的工厂进行，而使用的设备也需要专门的设备厂制造;使用的材料包括几百种特种气体、液体、靶材，都需要专门的化工工业。另外，集成电路的生产都是在超净间进行的，因此还需要排风和空气净化等系统。