造個芯片這么難

梁海濤

芯片是怎么被造出來的？為什么我們造芯片難度那么大？要回答這些問題，就得從芯片的工作原理說起。

眾所周知，只要是電子產品，就離不開芯片。芯片通常分為兩種：一種是功能芯片，比如我們常說的中央處理器（CPU），就是帶有計算功能的芯片；另一種就是存儲芯片，比如電腦里的閃存（Flash），是一種能儲存信息的芯片。

這兩種芯片，本質上都是載有集成電路的硅片。怎么理解呢？就是我們在一片硅片上，按照設計刻出一些凹槽，在凹槽里填充一些介質，從而使硅面上形成許多晶體管、電阻、電容和電感，讓這片硅成了復雜的電路，得以實現(xiàn)一些特定的功能。所以，我們才會看到芯片放大圖上有那么多彎曲、平行的凸起和紋路。

聽起來不難，做起來可要命。芯片的誕生分三個步驟，分別是設計、制作和封裝，難度依次減弱。現(xiàn)在全球芯片設計基本集中在美國，制作集中在中國臺灣地區(qū)和韓國，中國大陸大部分承擔的是封裝工作，也就是把芯片裝到板上拿出去賣。可以說，在芯片的電路設計這個領域，中國的競爭力遠不如美國和韓國。

設計難，制作也不簡單。我們來看具體過程。首先，需要提取純硅，就是把二氧化硅（其實就是沙子）還原成硅單質，把硅打成硅錠切片，就得到了硅片——這相當于芯片的地基。這個步驟簡單，我們的技術做得很不錯。

有了硅片后，就要在上面涂上一層膠，名為“光刻膠”。這是一種感光膠狀物，當用紫外線加透鏡去照射某一個部位，膠面會發(fā)生變化，之后利用化學原理進行腐蝕，光照過的部分就會被腐蝕掉，留下凹槽。此時，往凹槽里添加硼、磷等介質，就會出現(xiàn)一個半導體或者電容。以此類推，我們再涂一層膠，再照，再腐蝕，再摻入……不斷重復，像搭房子一樣搭出一個復雜的集成電路，也就是芯片的核心部分。

然而，以上說的只是光刻技術的基本原理，實際操作起來要復雜得多，還會涉及波長等問題。光刻最主要的器械就是光刻機，這項技術長期被荷蘭、日本、德國壟斷，一臺機器要花七八億元人民幣，而且他們只優(yōu)先提供給中國臺灣、韓國等地的大客戶。中國大陸也有自己的光刻機，但是和世界先進水平比，差距還很大。

現(xiàn)在看來，中國要真正做出自己的芯片，頂層設計和光刻技術是兩大難題。但我們也有理由相信，以中國的科研實力和技術積累，突破這兩個難關只是時間問題。