在智能手機等衆多數位産品的更新疊代中，科技的改變悄然發生。蘋果A15仿生晶片等尖端晶片正使得更多革新技術成為可能。這些晶片是如何被制造出來的，其中又有哪些關鍵步驟呢？
智能手機、個人電腦、遊戲機這類現代數位産品的強大性能已無需贅言，而這些強大的性能大多源自于那些非常小卻又足夠複雜的科技産物——晶片。世界已被晶片所包圍：2020年，全世界共生産了超過一萬億晶片，這相當于地球上每人擁有并使用130顆晶片。然而即使如此，近期的晶片短缺依然表現出，這個數字還未達到上限。
盡管晶片已經可以被如此大規模地生産出來，生産晶片卻并非易事。制造晶片的過程十分複雜，今天我們将會介紹六個最為關鍵的步驟：沉積、光刻膠塗覆、光刻、刻蝕、離子注入和封裝。
沉積
沉積步驟從晶圓開始，晶圓是從99.99%的純矽圓柱體（也叫“矽錠”）上切下來的，并被打磨得極為光滑，然後再根據結構需求将導體、絕緣體或半導體材料薄膜沉積到晶圓上，以便能在上面印制第一層。這一重要步驟通常被稱為 "沉積"。
随着晶片變得越來越小，在晶圓上印制圖案變得更加複雜。沉積、刻蝕和光刻技術的進步是讓晶片不斷變小，進而推動摩爾定律不斷延續的關鍵。這包括使用新的材料讓沉積過程變得更為精準的創新技術。
光刻膠塗覆
晶圓随後會被塗覆光敏材料“光刻膠”（也叫“光阻”）。光刻膠也分為兩種——“正性光刻膠”和“負性光刻膠”。
正性和負性光刻膠的主要差別在于材料的化學結構和光刻膠對光的反應方式。對于正性光刻膠，暴露在紫外線下的區域會改變結構，變得更容易溶解進而為刻蝕和沉積做好準備。負性光刻膠則正好相反，受光照射的區域會聚合，這會使其變得更難溶解。正性光刻膠在半導體制造中使用得最多，因其可以達到更高的分辨率，進而讓它成為光刻階段更好的選擇。現在世界上有不少公司生産用于半導體制造的光刻膠。
光刻
光刻在晶片制造過程中至關重要，因為它決定了晶片上的半導體可以做到多小。在這個階段，晶圓會被放入光刻機中（沒錯，就是ASML生産的産品），被暴露在深紫外光（DUV）下。很多時候他們的精細程度比沙粒還要小幾千倍。
光線會通過“掩模版”投射到晶圓上，光刻機的光學系統（DUV系統的透鏡）将掩模版上設計好的電路圖案縮小并聚焦到晶圓上的光刻膠。如之前介紹的那樣，當光線照射到光刻膠上時，會産生化學變化，将掩模版上的圖案印制到光刻膠塗層上。
使曝光的圖案完全正确是一項棘手的任務，粒子幹擾、折射和其他實體或化學缺陷都有可能在這一過程中發生。這就是為什麼有時候我們需要通過特地修正掩模版上的圖案來優化最終的曝光圖案，讓印制出來的圖案成為我們所需要的樣子。我們的系統通過“計算光刻”将算法模型與光刻機、測試晶圓的資料相結合，進而生成一個和最終曝光圖案完全不同的掩模版設計，但這正是我們想要達到的，因為隻有這樣才能得到所需要的曝光圖案。
刻蝕
下一步是去除退化的光刻膠，以顯示出預期的圖案。在"刻蝕"過程中，晶圓被烘烤和顯影，一些光刻膠被洗掉，進而顯示出一個開放通道的3D圖案。刻蝕工藝必須在不影響晶片結構的整體完整性和穩定性的情況下，精準且一緻地形成導電特征。先進的刻蝕技術使晶片制造商能夠使用雙倍、四倍和基于間隔的圖案來創造出現代晶片設計的微小尺寸。
和光刻膠一樣，刻蝕也分為“幹式”和“濕式”兩種。幹式刻蝕使用氣體來确定晶圓上的暴露圖案。濕式刻蝕通過化學方法來清洗晶圓。
一個晶片有幾十層，是以必須仔細控制刻蝕，以免損壞多層晶片結構的底層。如果蝕刻的目的是在結構中建立一個空腔，那就需要確定空腔的深度完全正确。一些高達175層的晶片設計，如3D NAND，刻蝕步驟就顯得格外重要和困難。
離子注入
一旦圖案被刻蝕在晶圓上，晶圓會受到正離子或負離子的轟擊，以調整部分圖案的導電特性。作為晶圓的材料，原料矽不是完美的絕緣體，也不是完美的導體。矽的導電性能介于兩者之間。
将帶電離子引導到矽晶體中，讓電的流動可以被控制，進而創造出晶片基本構件的電子開關——半導體，這就是 "離子化"，也被稱為 "離子注入"。在該層被離子化後，剩餘的用于保護不被刻蝕區域的光刻膠将被移除。
封裝
在一塊晶圓上制造出晶片需要經過上千道工序，從設計到生産需要三個多月的時間。為了把晶片從晶圓上取出來，要用金剛石鋸将其切成單個晶片。這些被稱為“裸晶”的晶片是從12英寸的晶圓上分割出來的，12英寸晶圓是半導體制造中最常用的尺寸，由于晶片的尺寸各不相同，有的晶圓可以包含數千個晶片，而有的隻包含幾十個。
這些裸晶随後會被放置在“基闆”上——這種基闆使用金屬箔将裸晶的輸入和輸出信号引導到系統的其他部分。然後我們會為它蓋上具有“均熱片”的蓋子，均熱片是一種小的扁平狀金屬保護容器，裡面裝有冷卻液，確定晶片可以在運作中保持冷卻。
一切才剛剛開始
現在，晶片已經成為你的智能手機、電視、平闆電腦以及其他電子産品的一部分了。它可能隻有拇指大小，但一個晶片可以包含數十億個半導體。例如，蘋果的A15仿生晶片包含了150億個半導體，每秒可執行15.8萬億次操作。
當然，半導體制造涉及到的步驟遠不止這些，晶片還要經過量測檢驗、電鍍、測試等更多環節，每塊晶片在成為電子裝置的一部分之前都要經過數百次這樣的過程。
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