小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的？

苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管，这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大，可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。

不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管，因为根本不可能，用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别，更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。

目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作，精度可以达到0.01~0.001微米，这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。

晶体管其实并不是焊上去的，而是通过光刻出来的

没错就是用光来做刻刀，原理就像我们在沙滩上晒太阳，暴晒一段时间后，阳光能照射到的皮肤呈现深色，而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色，这样一幅具象的图案就显现出来了。

首先需要一块纯度99.999999999999%（小数点后面12个9）的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。

光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管，使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机（EUV）是以10~14纳米的极紫外光作为光源。

设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩，一般一块芯片是由几十层电路组成，而每一层电路都需要一个光罩。

万事俱备只欠东风，晶圆加热表面形成氧化膜后，让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下，而被光照到的光刻胶遇光就会起反应，容易会被化学腐蚀反应分解出去，或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置，一层电路就这样刻在晶圆上了。

不需要的光刻胶除去之后，在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质，从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构，消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。

多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线，而电镀用于生长铜连线金属层。

已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛，实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。

芯片制造的原理看似简单，但每一步都属于挑战极限

从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆，难度可想而知，就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破，而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度，极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上，同时又保持晶体管和电路的泾渭分明，在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。

在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角，AMSL更是垄断了高端光刻机市场，至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨，拥有超过10万个零部件，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国，ASML作为整机公司，实质上只负责光刻机设计与集成各模块，需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲：就算给你EUV完整的图纸和配件，也很难调试出光刻芯片的精度。

芯片制造这件事，需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远，对于国外的封锁，只能一步一个脚印，没有它法。