中微半导体5nm工艺实现突破，国产芯片春天到了？

自从中兴和华为被针对以后，国内的半导体产业迎来了前所未有的变局，现在华为麒麟芯片又面临着绝版危机。这一波下来让越来越多的人开始关注半导体行业、关注国产芯片。但是关注归关注，鲁sir相信依然有不少小伙伴并不知道什么是半导体，也不知道什么是芯片。前段时间国内半导体巨头中微半导体宣布突破5nm刻蚀机，就有很多媒体开始鼓吹国产芯片崛起在望，一时间仿佛都轮到荷兰ASML跪地求饶的份了。这样的局面鲁sir实在是看不下去，那么本期鲁sir就给大家解释一下半导体行业那些容易被用来忽悠人的点。

什么是半导体？

第一个问题，什么是半导体？我们在初中物理中学到过，能够导电的物体例如金银铜铁等都是导体，不能导电的例如塑料、纸张、陶瓷等都是绝缘体。那么有没有一种在某种情况下可以导电、在某种情况下又不导电的东西呢？有，这就是半导体。

半导体的代表物质是硅，这是一种地球上最多的物质，多到什么地步？随手抓一把沙子，你就可以说我手里抓着一把没有提纯的硅。

硅可以用来做什么？

硅的用处多了去了，毫不夸张的说，你的生活是绝对无法离开硅的，不管你的电脑、手机、智能音响、智能灯泡。只要这个电器需要用到芯片，也不管它是多大的芯片，全部需要用硅来做。

前面我们说了拿出一把沙子提纯后就可以得到硅。正所谓抛开剂量谈毒性都是耍流氓，抛开纯度谈提纯也是耍流氓，把沙子中的硅提纯到99.9999999%后就可以到得到单晶硅。提纯精度大概是两吨沙子里面只允许出现一粒灰尘。提纯好的硅棒如图。

硅棒提纯完毕后进入切片打磨阶段，划重点，硅片切出来以后需要绝对的平整，细菌踩上去都要打滑的那种。

常说的芯片工艺是什么？

在回答这个问题之前，鲁sir先来给大家捋一捋如何制造一颗芯片。

上面我们已经得到了硅片，这时候就需要进行下一个步骤了，那就是光刻，别急这时候还没到中微半导体出场的时候。光刻需要用到一个叫做光刻机的东西，目前顶级光刻机技术来自于荷兰ASML，5nm级的光刻机目前只有荷兰ASML可以生产。大概长这样。

得到了硅片以后我们需要在硅片上面均匀的去涂抹一层光刻胶，光刻胶在遇到光刻机的灯光后被照射到的部分会变性。我们都知道光是具有能量的，当这个能量被聚集到一个点上，那么这个点的温度是足以点燃纸张，最直观的解释就是相信很多小伙伴小时候都用放大镜去点燃过纸张，被放大镜聚焦到一个点上光即使无法点燃纸张，也能把纸张的局部烤成黄色。例如下图用激光照射后的书本。

可以很明显的看到有一条竖向的痕迹，而其他部分并没有受到灼烧，这个跟光刻机差不多，但是光刻机要做到的，就是把这条燃烧出来的黑色痕迹的宽度缩小到5nm，大概相当于一根头发的5000分之一那么细。光刻机把激光变成直径5nm的光线，光线照射涂在硅表面的光刻胶以后光刻胶变性，产生直径约为5nm的沟壑。大概鲁sir用这张图给大家解释下。

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光刻机用5nm直径的光线去照射光刻胶，在光刻胶上得到5nm的变性区域，这个5nm就是我们常说的芯片工艺。

得到5nm的变性区域后，再通过技术手段洗掉变性区域，得到在光刻胶上的5nm沟壑。随后就轮到中微半导体的刻蚀机出场了。

中微半导体的工艺能做什么？

前面我们提到了使用光刻机在光刻胶上得到5nm的沟壑，然而到这一步这个沟壑还是存在于光刻胶上，并没有出现在硅片上。这时候就轮到刻蚀机出场了。刻蚀机大概长这样。

将上一步光刻机刻好的硅片转移到刻蚀机上，刻蚀机再循着光刻胶的痕迹去在硅片上掏沟壑。如果光刻机刻出来是5nm，那么掏出来的沟壑必然也是5nm，制造出来的芯片就是5nm工艺。

硅片刻蚀完成后剩下的就是搭建连接线路等，搭建完成后就开始测试封装。封装后才能得到我们看到的芯片那样子。也就是外面包着一层黑色的物质，里面的东西完全看不到。鲁sir找到了一组显微镜下芯片内部图像，放出来给大家看一下。

密集恐惧症患者对不起！图中我们看到的东东全都是用于连接器件的金属走线，由于走线太过密集，所以我们是看不到器件的。

为什么厂商们都制作于更小的工艺制程呢？更小的工艺制程往往能带来更小的发热、更小的功耗、更强的性能。为什么呢？来我们举个栗子。

前面我们说了，芯片厂商们说的工艺都是刻蚀机在硅片上刻出来沟壑。设想一下，你在一个宽10米的水渠里面来回跑和在一个宽度为5米的水渠里面来回跑。哪个更累？更累就意味着吃的饭要更多（功耗大）、同时出的汗也多（发热大），跑一个来回的时间也会更长（性能差）。

有刻蚀机能不能造出芯片？

答案是肯定的，必然是不能。刻蚀机的核心是通过光刻机在光刻胶上刻下的引导去在硅片上掏沟壑，如果没有光刻机刻下的引导，光有刻蚀机是无论如何不行的。就像是你工头让你开着挖掘机挖一条水渠，但是没告诉你这条水渠是通往哪里的。这还怎么挖？

综上所述，国产芯片之路远没有达到举手投足之间决定拥有5nm工艺光刻机的荷兰ASML生死存亡的地步。我们掌握了5nm的刻蚀机确实是掌握了芯片产业链上重要的一环，然而最开始光刻那一步我们并没有解决。国产芯片是在慢慢崛起，只是这个崛起的速度并没有那么快。