一、从沙子到硅锭

芯片的基础材料是硅。原料是二氧化硅（沙子的主要成分），经过还原得到冶金级硅，再提纯为电子级多晶硅——纯度要求达到 99.999999999%（11 个 9）以上。

然后把多晶硅熔化，用直拉法（Czochralski 法）拉出一根单晶硅棒（Ingot），再切割成薄片，就是晶圆（Wafer）。常见尺寸为 300 毫米（12 英寸）。

二、前道工艺（FEOL）

这是在晶圆上"造出晶体管"的阶段，也是技术含量最高、设备最昂贵的部分。核心工序循环往复数十次：

光刻（Lithography）：涂光刻胶 → 用掩膜版曝光 → 显影，把电路图形转移到晶圆上。这是最关键的环节，也是 EUV 光刻机所在的工序。

刻蚀（Etching）：把没有被光刻胶保护的部分去除掉。分干法（等离子体）和湿法（化学溶液），先进制程以干法为主。

沉积（Deposition）：在晶圆表面生长或覆盖薄膜材料。包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、原子层沉积（ALD）等。

离子注入（Ion Implantation）：把杂质原子加速后注入硅晶格，改变特定区域的导电特性——这是形成 P 型/N 型半导体的手段。

化学机械抛光（CMP）：把表面磨平。因为每一步沉积和刻蚀都会让表面变得凹凸不平，而光刻需要极平整的表面。

量测与检测：每一步之后都要检查， defects 越早发现，损失越小。

三、后道工艺（BEOL）

在晶体管造好之后，要用金属互连把它们连成电路。

现代芯片的互连有多达十几层金属层，层与层之间通过通孔（Via）连接。越靠近晶体管的层越细密，越往上层越粗。

这个阶段的重点是互连的电阻和电容——它们决定了信号延迟和功耗。随着制程缩小，互连延迟在总延迟中的占比不断上升。

四、封装与测试

晶圆完成后，先做晶圆级测试，标记出不良芯片（Die）。然后切割、把合格芯片封装到基板上、连接引脚，再做成品测试。

先进封装（如 Chiplet、2.5D/3D 封装）在这个阶段发挥作用，把多个芯粒集成在一起。

为什么这么贵

  • 一座先进晶圆厂的投资动辄上百亿美元；
  • 一台 EUV 光刻机价格超过一亿美元；
  • 工序多达上千道，任何一道出问题都会影响良率；
  • 洁净室要求极高（每立方米空气中特定粒径的颗粒数被严格控制）。

说明：本文为半导体制造工艺的公开知识整理。