芯片制造的案例
光刻技術如何一步步成了芯片制造的"卡脖子"？
版圖按照制造工藝被拆分為至少5層掩膜版，如圖2(b)所示。芯片制造過程中要為每一層掩膜版安排一次光刻工序，經過5次光刻工序后，立體的晶體管就“堆疊”而成了,如圖2(c)所示。
通俗地講，芯片制造就是在半導體基片上，用光刻在一層材料上“雕刻”形成特定圖形，一層一層的光刻實際上是縱向“堆疊”這些圖形，組成立體的晶體管、電路元件和連線等，最終形成具有完整電路功能的芯片。
為什么說光刻技術是靈魂技術
光刻技術是芯片制造中的靈魂技術，如果沒有它的存在，芯片技術就不可能存在并快速發展。光刻之所以是靈魂技術，因為光刻要為其它芯片加工技術劃定加工范圍，光刻就像q炮的瞄準裝置一樣重要。其它加工技術不論多么復雜、多么高難度，也只有在光刻存在的前提下才能發揮作用。例如，要依賴光刻確定晶體管的多晶硅柵(Poly Gate)和金屬連線(Metal)的圖形、位置和走向等；要依靠光刻為擴散區(Diffusion)、注入阱(Implant Well)、上下層過孔(Via、Contact)打開加工窗口等。所以，沒有光刻技術其它加工技術就無從談起。
從芯片的設計數據傳導到芯片制造的過程來看，傳導路徑非常清晰，那就是芯片設計版圖 -> 掩膜版 -> 光刻 -> 加工。一顆芯片的設計版圖要按照制造工藝分解為一套多張(層)的掩膜版，每張掩膜版對應著一次光刻和加工過程。所以，光刻是芯片制造的靈魂技術。
進入二十一世紀，隨著半導體技術的發展，光刻的精度不斷提高，已由微米級、亞微米級、深亞微米級,細化到目前的納米級，光刻用的光源也從常規光源發展到應用電子束、X射線、微離子束、激光等新技術，光刻成為最精密的微細加工技術，也是芯片制造最為關鍵的技術。
展開 萬字長文：揭開全球芯片制造之爭內幕
ASML是目前世界上唯一一家可以制造最先進EUV光刻機的公司。而在沒有荷蘭這臺機器的情況下，蘋果就無法生產 iPhone 芯片。ASML 不僅撐起了荷蘭經濟——它還撐起了整個世界的經濟。而拜登此舉，是怎么發生的，同時意味著什么？
ASML 向世界各地的客戶銷售產品，但實際上全球也只有幾家公司能夠真正地使用到 EUV 機器。但是EUV光刻機的潛在客戶很少，因為價格太高，而且實際使用它們所需的精密制造技術水平確實非常高，以至于 ASML 的客戶群永遠只有幾家或最多十幾家公司。
芯片短缺與哪個國家有能力生產最先進的芯片無關。人們越來越擔心中國在芯片制造能力方面取得真正的進步，現在全球政府達成了一種共識，即先進制程的芯片，尤其是進入數據中心的那種高算力芯片，對于訓練下一代人工智能系統至關重要。
眼下美國正試圖切斷中國制造先進半導體的能力，其判斷是先進半導體對訓練人工智能系統至關重要。如果無法獲得最先進的芯片，那么你就無法在 AI 方面取得有意義的進步。
芯片制造過程的許多的環節都是資本密集型的，制造光刻機非常昂貴。這會抑制全球競爭，因為新進者必須花費數十億美元才能看到他們的產品是否有效。而生產這些類型的工具所需的專業知識是你無法依靠紙上談兵去研究的。你必須在制造過程中不斷地磨合。沒有多少培訓或博士課程可以讓你了解這些設備和系統在實際制造時是如何工作的。
塔夫茨大學教授《芯片戰爭：為世界上最關鍵的技術而戰》的作者 Chris Miller 寫了很多這方面的內容，并深入探討了地緣政治和十分吸引人的芯片制造過程。
展開 中國如何跨越美國的芯片制造禁令？
美國商務部在7月初公開告訴商業媒體，它正在考慮擴大對中國半導體設備出口的限制，以包括制造不太先進的芯片的舊技術。
這種限制的威脅以及中國本土能力的重要進步支撐了中國本土設備制造商的股價，這些制造商也受益于政府補貼。
截至2022年，中芯國際已損失約8%的市值，而臺積電則損失了36%。
中國努力實現芯片制造高度獨立性的一個關鍵瓶頸是光刻機。ASML是世界上唯一一家EUV光刻機制造商，該光刻機為柵極寬度為7nm或更小的最先進芯片刻蝕電路。
只有臺積電和三星可以生產它們。特朗普政府禁止出口這些芯片，關閉了華為和中興的5G手機業務，還說服荷蘭政府禁止向中國銷售EUV機。
中芯國際僅占世界市場份額的5%，但其收入在過去18個月中翻了一番。它可以生產14nm芯片。除智能手機和少數專業應用外，14nm及以上制程的芯片占世界芯片需求的95%。
盡管華為的5G手機業務在沒有獲得7nm及以下芯片的情況下崩潰了，但中國在用成熟制程工藝芯片構建其5G基站網絡時沒有問題。
展開 業內人士：中國芯片制造商面臨嚴重的人才流失
世界上只有少數幾家公司——臺積電（TSMC）、美國的英特爾和韓國的三星——能夠制造接近尖端的芯片。幾代芯片技術以其近似尺寸命名——22納米可追溯到2012年，14納米可追溯到2014年，而目前的5納米是臺積電在2020年首次商業化生產的。
盡管中國擁有數百家具有競爭力的芯片設計公司，包括手機制造商華為和 Oppo 以及互聯網巨頭騰訊的子公司，但它只有少數幾家主要的半導體制造商，最著名的是上海的中芯國際 (SMIC) 和華虹。他們落后臺積電和英特爾幾代人。
多年來，中國領導人一直擔心該國對進口半導體的依賴，但在 2019 年，當美國禁止向中國領先的科技公司之一華為銷售時，這個問題的優先級飆升。禁令出臺后，該公司一直在努力尋找關鍵組件，預計其 2021 年的收入將比一年前下降 28.9%，因為美國的制裁繼續打擊該公司。
作為回應，中國加快發展國內產能。根據半導體行業協會的數據，在過去 20 年中，北京已為中國的芯片制造商提供了約 500 億美元的補貼。此外，從2020年起，中國將對28納米以下工藝技術的芯片制造商免征所得稅10年，并允許芯片制造商在2030年之前免稅進口設備和材料。2014年成立的中國國家半導體投資基金已籌集迄今為止，總計 560 億美元。根據半導體行業協會的研究，被稱為“大基金”的基金已投資 390 億美元，其中近 70% 投入了 IC 制造業。
嚴重的人才流失
芯片制造工人在 2021 年被人力資源和社會保障部列為最需要的 100 個職業。
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維也納理工大學用雙光子聚合3D打印技術制造器官芯片中的人工胎盤
總體來說，傳統的微流控芯片制造技術屬于勞動密集型的產業，將3D打印技術用于制造微流控生物芯片可以在幾個小時內實現微型流體通道的快速制造，有利于設計的快速迭代，提高了基于微流控研究的跨學科性，并加速創新。目前，3D打印技術在微流控芯片制造中的應用尚處于早期階段，其應用以芯片研發、設計驗證為主。
走進晶圓廠，深入了解芯片制造流程
微芯片在許多方面都是現代經濟的命脈。它們為電腦、智能手機、汽車、電器和其他許多電子產品提供動力。但自疫情以來，世界對它們的需求激增，這也導致供應鏈中斷，導致全球短缺。
這反過來又加劇了通貨膨脹，并在美國引起了人們的警覺:美國正變得過于依賴海外制造的芯片。美國僅占全球半導體制造產能的12%左右;超過90%的最先進的芯片來自臺灣。
硅谷巨頭英特爾(Intel)正試圖恢復其在芯片制造技術方面的長期領先地位，該公司正押注200億美元，希望能幫助緩解芯片短缺的局面。該公司正在其位于亞利桑那州錢德勒的芯片制造中心建造兩家工廠，這將需要三年時間才能完成。最近，該公司宣布了可能更大規模的擴張計劃，將在俄亥俄州的新奧爾巴尼和德國的馬格德堡建立新工廠。
為什么制造數以百萬計的這些微小部件意味著建造和花費如此之大?看看位于俄勒岡州錢德勒和希爾斯伯勒的英特爾生產工廠，就能找到一些答案。
芯片有什么作用？
芯片或集成電路在20世紀50年代末開始取代體積龐大的單個晶體管。許多這些微小的部件是在一塊硅上生產的，并連接在一起工作。產生的芯片存儲數據、放大無線電信號和執行其他操作;英特爾以各種微處理器而聞名，它們執行計算機的大部分計算功能。
英特爾公司已經成功地將其微處理器上的晶體管縮小到令人難以置信的尺寸。但競爭對手臺積電可以生產更小的元件，這是蘋果選擇臺積電為其最新款iphone制造芯片的一個關鍵原因。
芯片是如何制造的
成排排列的專用機器接收裝滿芯片的容器，這些芯片被移入和移出這些系統進行處理。
其中一臺機器用于在制造芯片時從硅晶片上蝕刻材料。
芯片制造商將越來越多的晶體管封裝到每一塊硅上，這就是為什么技術每年都在增加。
展開 韓國芯片制造商面臨中國難題
由谷歌前首席執行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）主持的美國國會咨詢委員會國家安全委員會起草的一項政策建議，呼吁美國政府與盟國合作，阻止將關鍵的半導體制造設備供應給中國。國務院和商務部應與荷蘭和日本政府合作，調整所有三個國家在高端半導體制造設備（特別是極紫外（EUV）和氟化氬（ArF）浸沒式光刻設備）方面的出口許可程序，推定拒絕向中國出口此類設備的許可證的政策。
這項提議超出了現有制裁措施的一步，現有制裁限制了由荷蘭ASML獨家向中國芯片制造商出口EUV設備。
如果政府在禁令中增加氟化氬浸沒式光刻設備，此舉可能會影響中國存儲芯片的制造。
一家本地存儲芯片制造商的消息人士說：“主流的DRAM和NAND閃存產品是基于ArF技術制造的。”
他說：“如果美國政府將出口限制擴大到包括ArF浸沒式光刻技術，三星電子和SK海力士幾乎不可能在中國擴大存儲芯片的生產，因為它們無法引進對制造至關重要的設備。”
三星電子可能不會優先考慮在中國的擴張，因為目前NAND閃存并不短缺。
該公司在京畿道平澤市（Pyeongtaek）的P3工廠已經在建設中，有足夠的土地來建造三座工廠。
來源：摩爾新聞
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這反過來又加劇了通貨膨脹，并在美國引起了人們的警覺:美國正變得過于依賴海外制造的芯片。美國僅占全球半導體制造產能的12%左右;超過90%的最先進的芯片來自臺灣。
硅谷巨頭英特爾(Intel)正試圖恢復其在芯片制造技術方面的長期領先地位，該公司正押注200億美元，希望能幫助緩解芯片短缺的局面。該公司正在其位于亞利桑那州錢德勒的芯片制造中心建造兩家工廠，這將需要三年時間才能完成。最近，該公司宣布了可能更大規模的擴張計劃，將在俄亥俄州的新奧爾巴尼和德國的馬格德堡建立新工廠。
為什么制造數以百萬計的這些微小部件意味著建造和花費如此之大?看看位于俄勒岡州錢德勒和希爾斯伯勒的英特爾生產工廠，就能找到一些答案。
芯片有什么作用？
芯片或集成電路在20世紀50年代末開始取代體積龐大的單個晶體管。許多這些微小的部件是在一塊硅上生產的，并連接在一起工作。產生的芯片存儲數據、放大無線電信號和執行其他操作;英特爾以各種微處理器而聞名，它們執行計算機的大部分計算功能。
英特爾公司已經成功地將其微處理器上的晶體管縮小到令人難以置信的尺寸。但競爭對手臺積電可以生產更小的元件，這是蘋果選擇臺積電為其最新款iphone制造芯片的一個關鍵原因。
芯片是如何制造的
成排排列的專用機器接收裝滿芯片的容器，這些芯片被移入和移出這些系統進行處理。
其中一臺機器用于在制造芯片時從硅晶片上蝕刻材料。
芯片制造商將越來越多的晶體管封裝到每一塊硅上，這就是為什么技術每年都在增加。
展開 IC芯片生產流程：從設計到制造與封裝
至于制造大尺寸晶圓又有什么難度？
如前面所說，晶柱的制作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉一邊成型。有制作過棉花糖的話，應該都知道要做出大而且扎實的棉花糖是相當困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質。也因此，尺寸愈大時，拉晶對速度與溫度的要求就更高，因此要做出高品質12寸晶圓的難度就比8寸晶圓還來得高。
只是，一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板，為了產生一片一片的硅晶圓，接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片，圓片再經由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。經過這么多步驟，芯片基板的制造便大功告成，下一步便是堆疊房子的步驟，也就是芯片制造。至于該如何制作芯片呢？
層層堆疊打造的芯片
在介紹過硅晶圓是什么東西后，同時，也知道制造IC芯片就像是用樂高積木蓋房子一樣，借由一層又一層的堆疊，創造自己所期望的造型。然而，蓋房子有相當多的步驟，IC制造也是一樣，制造IC究竟有哪些步驟？本文將將就IC芯片制造的流程做介紹。
在開始前，我們要先認識IC芯片是什么。IC，全名集成電路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是將設計好的電路，以堆疊的方式組合起來。借由這個方法，我們可以減少連接電路時所需耗費的面積。
下圖為IC電路的3D圖，從圖中可以看出它的結構就像房子的梁和柱，一層一層堆疊，這也就是為何會將IC制造比擬成蓋房子。
▲IC芯片的3D剖面圖。（Source：Wikipedia）
從上圖中IC芯片的3D剖面圖來看，底部深藍色的部分就是上一篇介紹的晶圓，從這張圖可以更明確的知道，晶圓基板在芯片中扮演的角色是何等重要。至于紅色以及土黃色的部分，則是于IC制作時要完成的地方。
展開 半導體｜IBM發布全球首個2nm芯片制造技術
自研2nm晶體管技術，惠及產業下游芯片制造代工廠
IBM曾是一家主要的芯片制造商，現已將起大量芯片生產外包給三星電子。但IBM在美國紐約紐約州奧爾巴尼（Albany）仍保留著一個芯片制造研究中心。該中心負責芯片研究，并與三星和英特爾簽署了聯合技術開發協議，以使用IBM的芯片制造技術進行生產。
2014年，IBM將旗下Microelectronics半導體部門出售給世界第三大專業晶圓代工廠GlobalFoundries（格芯）時，IBM就已經宣告退出芯片代工業務。芯片生產部分最后仍會交給三星電子、格芯、英特爾、臺積電等產業鏈下游企業。
Seeking Alpha認為，IBM推出全球首款2nm芯片，這可能使英特爾和三星代工廠受益。
據The Verge，臺積電和三星目前正在生產5nm芯片。英特爾仍在努力使其7納米節點脫穎而出。臺積電正計劃在年底前開始其4nm芯片工藝的早期生產，并于2022年實現批量生產。它的3nm節點預計要到2022年下半年，而2nm芯片仍處于相對較早的開發階段。這意味著，目前產業鏈下游芯片代工廠無法生產2nm芯片。
所以，IBM只負責芯片IC技術研究、設計部分，這顆全球首個2nm芯片目前依然是在概念(PPT)階段，用于研發用途，距離最后量產依然有很長的路要走。
根據nextplatform報道，目前擔任IBM混合云研究副總裁的Mukesh Khare帶領其完成了2nm技術的突破。
展開 不止EUV，先進芯片制造還有新選擇
因為在實際芯片制造中，其版圖非常復雜，并不是簡單的規則圖形。IBM研究團隊提出在芯片制造中融入DSA工藝，開發一套計算光刻工具，實現設計工藝協同優化，形成材料、設備、工藝、計算光刻、仿真模擬和EDA的完整產業鏈，推動DSA光刻技術真正進入工業化生產。
當然，嵌段共聚物DSA光刻技術進入工業生產，還需對DSA工藝、材料以及與現有半導體產線的兼容性問題進行全面了解。工藝方面，需要選擇合適的設備，優化工藝條件，以實現高通量制造；材料方面，要保證嵌段共聚物的批量化生產、電子級純度以及穩定性。此外，還需采用先進的設備對缺陷進行檢測和分析。
任何新技術在工業化的道路上都是漫長且崎嶇的，EUV光刻技術也是經歷了幾十多年的發展，DSA這項光刻技術無疑也將面臨一些波折。不過DSA這項革新的自下而上的圖形形成方法，使其在更先進的工藝節點中頗具潛力。再考慮到其對芯片制造成本上可能實現的節約，這些都將繼續支撐DSA研究者們繼續探索下去，我們也期待DSA真正能夠助力5nm、3nm甚至更小工藝節點芯片的研發。
來源：半導體行業觀察
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不止EUV，先進芯片制造還有新選擇
因為在實際芯片制造中，其版圖非常復雜，并不是簡單的規則圖形。IBM研究團隊提出在芯片制造中融入DSA工藝，開發一套計算光刻工具，實現設計工藝協同優化，形成材料、設備、工藝、計算光刻、仿真模擬和EDA的完整產業鏈，推動DSA光刻技術真正進入工業化生產。
當然，嵌段共聚物DSA光刻技術進入工業生產，還需對DSA工藝、材料以及與現有半導體產線的兼容性問題進行全面了解。工藝方面，需要選擇合適的設備，優化工藝條件，以實現高通量制造；材料方面，要保證嵌段共聚物的批量化生產、電子級純度以及穩定性。此外，還需采用先進的設備對缺陷進行檢測和分析。
任何新技術在工業化的道路上都是漫長且崎嶇的，EUV光刻技術也是經歷了幾十多年的發展，DSA這項光刻技術無疑也將面臨一些波折。不過DSA這項革新的自下而上的圖形形成方法，使其在更先進的工藝節點中頗具潛力。再考慮到其對芯片制造成本上可能實現的節約，這些都將繼續支撐DSA研究者們繼續探索下去，我們也期待DSA真正能夠助力5nm、3nm甚至更小工藝節點芯片的研發。
【免責聲明】文章為作者獨立觀點，不代表半導體材料與工藝設備立場。如因作品內容、版權等存在問題，請于本文刊發30日內聯系半導體材料與工藝設備進行刪除或洽談版權使用事宜。
展開 AMD VS 英特爾：芯片制造實力似乎正在發生逆轉
據國外媒體MarketWatch報道，芯片制造業似乎正在發生重大變化，AMD好像成為和對手英特爾競爭的贏家。
在這兩家芯片制造商本周公布季度財報之后，分析師表示，英特爾陷入產品延遲和管理上的不確定性，AMD在與英特爾的競爭中正在迅速獲得優勢。這可能預示著兩家公司之間的競爭將發生重大變化，長期以來，這一競爭一直被視為一名強者面對一個勇敢但通常是倒霉的挑戰者的衛冕戰。
英特爾于美國當地時間周四晚些時候發布了季度財報之后，該公司第二天股價大跌8.6%，報收于47.68美元，創下該股自2月底以來的最低收盤價，也創下該股自2016年1月15日以來單日最大跌幅。據道瓊斯數據顯示，2016年1月15日，英特爾股價下跌9.1%。
從這次公布的季度財報來看成，盡管季度業績高于華爾街預期，英特爾也上調了業績預期，但其數據中心營收增長沒有達到分析師的平均預期，并且英特爾似乎推遲了新產品的推出時間。
另一方面，AMD股價當地時間周五上漲了3.2%，報收于18.94美元，創下該股自2007年1月以來的最高價位。當地時間周三晚些時候，該公司公布了7年來最好的季度業績報告。AMD股價本周上漲近15%，而形成鮮明對比的是，英特爾股價本周下跌8.2%。
一年來，英特爾股價上漲了3.3%，而AMD股價上漲逾84%。AMD這一表現遠遠好于大盤指數，因為在同期，道瓊斯工業平均指數上漲了3%，標準普爾500指數上漲了5.4%，云集科技股的納斯達克綜合指數上漲了12.1%，費城半導體指數上漲了9.5%。
這兩家公司股價變動最大的催化劑之一是，越來越多的人認為，AMD的7納米芯片制造工藝目前正處于與英特爾10納米工藝相當的水平，甚至優于英特爾的10納米工藝。
“7納米”和“10納米”是指芯片制造商能夠在計算機芯片上制造出運行的晶體管的大小。
展開 美國確認撥款520億美元，扶持芯片制造研發
該計劃將突顯日本政府對全球芯片供應短缺的擔憂。全球芯片供應短缺已導致日本汽車制造商產出中斷，并有可能損害依賴出口的日本經濟。
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韓國未來十年擬投資約4500億美元
三星美國5nm芯片廠或Q3開建
韓國也在加大其芯片產業投資和稅收優惠力度。
包括全球前兩大存儲芯片制造商三星和SK海力士在內，韓國半導體產業協會稱，約153家芯片公司已計劃在未來十年投資510萬億韓元（約合4530億美元）或更多。
上周韓國政府宣布，將為本土芯片產業提供1萬億韓元（合8.83億美元）的長期貸款，用于增加8英寸晶圓芯片合同生產能力以及材料和封裝投資。
韓國半導體工程師學會會長Jinwook Burm認為：“建立一個規模較小的無晶圓廠企業能夠蓬勃發展的環境，擁有充足的勞動力和代工商，自然會提振系統芯片行業。”
該計劃還將到2030年芯片行業工人的受教育人數提高到3.6萬人，是此前2019年目標的兩倍多。
韓國貿易、工業和能源部在一份聲明中表示，韓國將在2021年下半年至2024年期間，對從事半導體等“關鍵戰略技術”的大型企業的資本支出減稅優惠從目前的3%或更低，提高到6%。
芯片是韓國的第一大出口產品，約占出口總額的20%。韓國總統辦公室在聲明中說，三星、現代汽車、韓國經濟部和行業協會周四均同意加入應對汽車芯片短缺的努力，但沒有提供細節。
三星同樣加大自身投資，宣布將其對非存儲芯片的投資計劃提高至2030年的171萬億韓元（1510億美元），希望未來十年成長為全球第一大邏輯芯片制造商，在芯片制造領域挑戰中國臺灣臺積電，在移動處理芯片領域挑戰美國高通。
展開 視點 | 吳漢明：本土可控的55nm芯片制造，比完全進口的7nm更有意義
而在整個產業鏈環節，重點的三大“卡脖子”制造環節包括了工藝、裝備/材料、設計IP核/EDA。他表示，在半導體材料方面，我國光刻膠、掩膜版、大硅片產品幾乎都要依賴進口；在裝備領域，世界舞臺上看不到中國裝備的身影。
吳漢明強調，自主可控固然重要，但也要認識到集成電路產業是全球性的產業。以EUV光刻機為例，涉及到十多萬零部件，需要5000多供應商支撐，其中32%在荷蘭和英國，27%供應商在美國，14%在德國，27%在日本，這就體現了全球化技術協作的結果。在其中，“我們有哪些環節拿得住的？是我國研發和產業發展的核心點。”
除了設備方面，晶圓制造、芯片研發設計也是產業所面臨的難點。
“雖然芯片的難度和成本一直增加，但趨緩的摩爾定律給追趕者帶來機會。”吳漢明分析稱，在這些挑戰下，先進系統結構、特色工藝和先進封裝在芯片制造方面結合運用，芯片制造領域大有可為。
他援引數據稱，10納米節點以下先進產能占17%，83%市場在10納米以上節點，創新空間巨大。在先進制程研發不占優勢的情況下，我國可以運用成熟的工藝，把芯片的性能提升。也正是因此他提出一個觀點：本土可控的55nm芯片制造，比完全進口的7nm更有意義。
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