为什么芯片那么难制造？

短短两年不到，美国政府就对华为进行了四轮制裁，一次比一次凶狠，最新的禁令导致华为哪怕有5G的芯片也无法使用5G功能。

泱泱大国，竟然摆脱不了对美国芯片的依赖。中国连天问一号、嫦娥五号、北斗导航这样的高顶尖科技都实现了，为何高端芯片被“卡脖子”？芯片真的那么难制造吗？

下面全方位介绍一下什么是芯片

芯片是集成电路的简称，把数亿的晶体管，根据芯片设计好的电路图，有序地制造出来。

随着芯片设计和制造能力的提高，电路小型化成指数级增长，不仅电子设备体积更小，而且算力更高、可靠性更高、能耗更低。

世界第一台电子计算机，装有18000个电子管，占地170平方米，每秒只能运行5000次。

现在哪怕一台普通的手机，晶体管数量已经达到数十亿，每秒运算速度也高达数十亿次。

随着5G时代的到来，芯片已经广泛应用到生活的各个角落，家用电器、手机、电脑和汽车。卫星和火箭上更是拥有最高性能的芯片，芯片的出现改变了现代人的生活方式，对很多行业都带来了颠覆性的影响。

芯片可以说是所有应用的基础，应用广泛，为什么我们却造不出高端芯片？

首先、原材料提纯

芯片的主要原材料其实是晶圆，晶圆是由沙子中的硅提纯而来。硅作为地球上第二丰富的元素，沙子和石头都含有硅，可以说遍地都是。但是世界上有能力生产晶圆的企业，排在前十中国大陆仅有中芯国际一家，而且中芯国际目前也只能生产12寸的晶圆，目前晶圆的国产率也仅有1%。

晶圆的制造工艺不复杂，难度在于芯片对于晶圆的纯度要求很高，纯度至少需要达到99.999999999%以上。

第一步，经过净化和提纯，把里面的钙、镁等杂质去除，然后加入碳进行还原，就可以得到90%纯度左右的硅。

第二步，再次经过生产、成型等工艺，得到纯度高达99.9999%的硅棒。

第三步，将高纯度的硅棒进行切片处理。切割成0.5-1.5mm厚度的薄片。

第四步，单晶硅片，还要通过抛光处理，使其表面的平整度不能低于0.2纳米，即使用显微镜你依然看到的是平整光滑的表面。

其次，使用光刻胶保护芯片内置纹路、避免线路收到外界侵蚀

光刻胶是芯片生产的另一个关键的辅助材料。他是一种特殊的胶水，在紫外线照射下容易溶解，但在显影液中，又极其稳定，在芯片电路印刻的时候，发挥重要的阻隔作用。

目前光刻胶的国产化率还不足10%，目前晶瑞股份、飞凯材料、南大光电都在发力光刻胶，相信以后国产化率会越来越高。

再次，需要使用设计好的芯片电路图

芯片设计这块是半导体行业的重点和难点，不过华为海思通过多年的研发高投入，已经具备世界一流的芯片设计能力。

可惜的是目前高端芯片无法使用海思的设计。

最后，就是将设计好的电路图，印刻到硅片上

在芯片制造中，使用的是光刻法，利用光线沿直线传播的特性，将设计好的电路图刻制到硅片表面。

光刻法简单来说就是利用掩膜和透镜，将设计好的电路图投射到硅片表面。

第一步，在晶圆上“光刻”电路流程。

第二步，在二氧化硅上开槽，将铜和钨作为各个晶体管之间的导线。这些连接线会把数十亿的晶体管相连。第一层电路就制造完毕。

第三步，不断重复上面的操作，达到多层电路。

第四步，将晶圆切割成需要的大小，将引脚连接，封装起来，一个完整的芯片就制造完成了。

虽然芯片的制造原理并不复杂，但是每道工艺的要求都苛刻的变态，曾有人说，就算把图纸给中国，中国都造不出光刻机。

整个制造过程中，光刻机是最关键的一环，尤其是高端芯片现在都使用的是荷兰ASML生产的EUV光刻机。

ASML最先进的EUV(极紫外光)光刻机已经能够制造5nm以下制程的芯片了，单台机器售价已经超过了一亿美元。相比之下，中国自主生产的光刻机只有90nm的制程，还有很大的差距。

希望中国芯片可以获得快速发展，将来有一天华为可以使用上完全国内自主研发的高端芯片，下面有几点建议。

第一，坚持自主研发和进口替代双腿走路，掌握国外核心技术，暂时使用国外高科技产品，但一定要坚持自主研发，对核心技术的研发要坚持不懈。

第二，充分利用国内的资金和国家政策支持。不仅要对芯片设计投入大量研发力量，对于芯片制造也要加大投入，比如华为海思虽然已经成为世界一流的芯片设计厂商，但是受制于制造，现在连一块芯片都无法制造出来，目前国家对于芯片制造还是有很多政策支持的。

第三，专精一块领域，不可大包大揽。不能把所有光刻机的压力都集中在一两家企业当中，应该利用整个国家资源，整体的推进芯片制造。

最后

第一次工业革命蒸汽机替代了手工业，英国的受益最大。

第二次工业革命电气化代替蒸气机，德国的受益最大。

第三次工业革命电子计算机时代，美国的受益最大。

第四次工业革命，将在AI，人工智能，5G，物联网，互联网等领域发力。而这些领域都离不开芯片的支持。

可以说谁抓住了高端芯片，谁就有可能占据高点，抢占先机。

所以，芯片的重要性不言而喻，制造高端芯片成了重中之重。

最后希望中国的芯片行业可以获得持续性发展，将来有一天不再受制于人。