智能手机、PC电脑、游戏产品这类现代化电子产品的强大性能已无需多言，这些强大的性能来源于那些精而小的科技产物——芯片。2020年，全球共生产了超出一万亿芯片，等于是地球上每个人拥有130颗芯片。但是即便如此，芯片短缺依然存在。
虽然芯片已经可以大规模生产，不过制造芯片绝非易事。芯片的制造过程极其复杂，接下来我们将会详细介绍6个相当重要的流程：沉积、光刻胶涂覆、光刻、刻蚀、离子注入和封装。
芯片是如何制造出来的
1、沉积
沉积步骤从晶圆开始，晶圆是从99.99%的纯硅圆柱体（也叫“硅锭”）上割下来的，且被研磨得极其光滑，然后根据结构要求将导体、绝缘体或半导体材料薄膜沉积到晶圆上，以便于可在上面印制第一层。这个重要步骤一般称之为"沉积"。
随着芯片越来越小，在晶圆上印制图案变得越发复杂。沉积、刻蚀和光刻技术的进步是让芯片持续变小，因此推动摩尔定律持续延续的关键所在。这包括应用新的原材料让沉积过程变得十分精准的技术创新。
2、光刻胶涂覆
晶圆随后要被涂覆光敏材料“光刻胶”（也叫“光阻”）。光刻胶也分两种——“正性光刻胶”和“负性光刻胶”。
正性和负性光刻胶最主要的区别就是材料的化学结构和光刻胶对光的反应方式。对于正性光刻胶，暴露于紫外线下的区域可以改变结构，变得更加容易溶解同时为刻蚀和沉积做好准备。负性光刻胶则正好相反，受光照射的区域会聚合，这会使其变得更加难溶解。正性光刻胶在半导体制造中应用得最多，因其可达到更高分辨率，因此让它成为光刻阶段最佳的选择。如今世上有不少公司生产用于半导体制造的光刻胶。
3、光刻
光刻在芯片制造过程中尤为重要，因为它决定了芯片上的晶体管能做到多小。这个阶段，晶圆要被放入光刻机中，被暴露于深紫外光（DUV）下。有些时候他们的精细程度比沙粒还要小几千倍。
光线会通过“掩模版”投射到晶圆上，光刻机的光学系统（DUV系统的透镜）将掩模版上设计好的电路图案缩小并聚焦到晶圆上的光刻胶。如以前介绍的那般，当光线照射到光刻胶上时，就会产生化学反应，将掩模版上的图案印制到光刻胶涂层上。
使曝光的图案完全的正确也是一项棘手的任务，粒子干扰、折射和其他物理或化学缺陷都有可能在这一过程中发生。这也是为什么有时候我们必须通过特地修正掩模版上的图案来优化最终的曝光图案，让印制出来的图案成为我们所需的样子。我们的系统根据“计算光刻”将算法模型与光刻机、测试晶圆的数据相结合，因此产生一个和最终曝光图案截然不同的掩模版设计，但这正是我们想要达到的，因为这样才能得到所需的曝光图案。
4、刻蚀
下一步是去除退化的光刻胶，以显示出预想的图案。在"刻蚀"过程中，晶圆被烘烤和显影，一些光刻胶被洗掉，因此显示出一个开放通道的3D图案。刻蚀工艺必须在不改变芯片结构的整体完整性和稳定性的情况下，精准且一致地形成导电特征。先进的刻蚀技术使芯片制造商能够使用双倍、四倍和基于间隔的图案来制造出现代化芯片设计的微小尺寸。
和光刻胶一样，刻蚀也分为“干式”和“湿式”两种。干式刻蚀应用气体来确定晶圆上的暴露图案。湿式刻蚀根据化学方法来清洗晶圆。
一个芯片有几十层，所以必须仔细控制刻蚀，以免损坏多层芯片结构的底层。如果蚀刻的目的在于在结构中构建一个空腔，那么就需要确保空腔的深度完全的正确。一些高达175层的芯片设计，如3DNAND，刻蚀步骤就格外重要和困难。
5、离子注入
一旦图案被刻蚀在晶圆上，晶圆将受到正离子或负离子的轰击，以调整部分图案的导电特性。作为晶圆的原材料，原料硅不是完美的绝缘体，也不是完美的导体。硅的导电性能介于二者之间。
将带电离子引向硅晶体中，让电的流动可以被控制，因此制造出芯片基本构件的电子开关——晶体管，这就是"离子化"，又被称为"离子注入"。在该层被离子化后，剩下的用于保护不会被刻蚀区域的光刻胶将被移除。
6、封装
在一块晶圆上制造出芯片需经过上千道工序，从设计到生产需要三个多月时间。为了将芯片从晶圆上取出来，要用金刚石锯将其切成单个芯片。这些称之为“裸晶”的芯片是从12英寸的晶圆上分割出来的，12英寸晶圆是半导体制造中最常见的尺寸，由于芯片的尺寸各有不同，有的晶圆可以包含数千个芯片，而有些只包含几十个。
这些裸晶随后要被放置在“基板”上——这种基板应用金属箔将裸晶的输入和输出信号引向系统的其余部分。然后我们会为它盖上具有“均热片”的盖子，均热片是一种小的扁平状金属保护容器，里面装有冷却液，确保芯片可以在运行中保持冷却。
一切才刚刚开始
如今，芯片已经成为我们的智能手机、电视、平板电脑以及其他电子产品一部分了。它可能只有拇指大小，但一个芯片可以包含数十亿个晶体管。例如，苹果的A15仿生芯片包含了150亿个晶体管，每秒可执行15.8万亿次操作。
当然，半导体制造过程远不止这些，芯片制造还要经过量测检验、电镀、测试等诸多环节，每块芯片在成为电子设备的一部分之前都要经过数百次这样的过程。
推荐阅读：芯片封装的工艺流程
