官方网站-首页

【导语】11月2日凌晨，安世半导体中国公司一则公告引发科技圈震动——其荷兰母公司竟单方面停止向东莞封装测试厂供应“晶圆”，让这一半导体产业的核心环节瞬间成为焦点。从最普通的沙子到承载现代工业“粮食”的“黑土地”，晶圆如何蜕变为芯片的“画布”？又经历了怎样的复杂工艺，才最终孕育出集成电路的“微缩城市(shì)”？在(zài)这(zhè)场(chǎng)全球(qiú)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)博(bó)弈(yì)中(zhōng)，中(zhōng)国(guó)晶(jīng)圆(yuán)代(dài)工(gōng)产(chǎn)业(yè)正(zhèng)加(jiā)速(sù)从(cóng)“追(zhuī)赶(gǎn)”迈(mài)向(xiàng)“并(bìng)跑(pǎo)”。

11月(yuè)2日(rì)凌(líng)晨(chen)，一(yī)则(zé)来(lái)自(zì)安(ān)世(shì)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)（Nexperia）中(zhōng)国(guó)公(gōng)司(sī)的(de)公(gōng)告(gào)函(hán)在(zài)科(kē)技(jì)圈引发关注。公告直指其荷兰母公司单方面决定，停止向东莞的封装测试工厂供应“晶圆”。这一“左手断供右手”的奇特操作，瞬间将一个高度专业的名词——“晶圆”推到了聚光灯下。

在半导体这条产业中，“晶圆”究竟扮演着什么角色？它为何能成为整条产业链上的关键环节？我们日常所说的“芯片”和它又是什么关系？

从沙子到“画布”

如果说芯片是现代工业的“粮食”，那么晶圆就是培育粮食的“黑土地”。这片“黑土地”的“土壤”，其实来自于地球上最常见的物质之一——沙子（主要成分：二氧化硅）。

点“沙”成“硅”

沙子里有硅，但是纯度很低，而且是二氧化硅（SiO2）。我们不能随便抓一把沙子就拿来提炼硅。通常，会选用含硅量比较高的石英砂矿石。

第一步，脱氧、提纯。

将石英砂原料放入熔炉中，加热到1400℃以上的高温（硅(guī)的(de)熔(róng)点(diǎn)为(wèi)1410℃），与碳源发生化学反应，就可以生成高纯度（98%以上）的冶金级工业硅（MG-Si）。

随后，通过氯化反应和蒸馏工艺，进一步提纯，得到纯度更高的硅。

硅这个材料，不仅可以用于半导体芯片制造，也可以用于光伏行业（太阳能发电）。

在半导体芯片行业，对硅的纯度要求更加变态，是99.9999999%到99.999999999%，也就是9~11个9。这种用于半导体制造的硅，学名电子级硅（EG-Si），平均每一百万个硅原子中最多只允许有一个杂质原子。

种出“完美的圆柱”

这种经过提纯之后的硅，是多晶硅。接下来，还需要把它变成单晶硅。

简单来说，单晶硅具有完美的晶体结构，有非常好的性能。多晶硅，晶粒大、不规则、缺陷多，各种性能都相对差。所以，芯片这种高端货，基本都使用(yòng)单(dān)晶(jīng)硅(guī)。光(guāng)伏(fú)那(nà)边(biān)，可(kě)以(yǐ)用(yòng)多(duō)晶(jīng)硅(guī)。

工(gōng)人(rén)们(men)将(jiāng)多(duō)晶(jīng)硅(guī)在(zài)高(gāo)温(wēn)下(xià)熔(róng)化(huà)成(chéng)液(yè)体(tǐ)，然(rán)后(hòu)将(jiāng)一(yī)颗(kē)微(wēi)小(xiǎo)的(de)“籽(zǐ)晶(jīng)”浸(jìn)入(rù)熔(róng)体(tǐ)中(zhōng)，并(bìng)以(yǐ)极其缓慢(màn)的(de)速(sù)度(dù)旋转、提拉。

随着籽晶的“生长”，硅原子会像搭积木一样，严格按照籽晶的晶体结构排列，最终形成一根巨大、光滑、完美的圆柱形“单晶硅锭”。这个过程必须在绝对真空和高温下进行，任何微小的震动或杂质都会导致前功尽弃。

从“圆柱”到“圆片”

晶圆为什么是圆的？答案就在这根圆柱形的硅锭上。接下来，这根硅锭会被精密切割机（类似精密的“面(miàn)包(bāo)切(qiè)片机”）切割成一片片厚度不到1毫米的薄片。

目前主流的切片方式，是采用带有金刚线的多线切割机，也就是用线上固定有金刚石颗粒的钢丝线，对硅段进行多段切割。这种方法的效率高、损耗少。

切片有时候也会采用内圆锯。内圆锯则是内圆镀有金刚石的薄片，通过旋转内圆薄片切割晶锭。内圆锯的切割精度和速度相对较高，适用于高质量晶圆的切割。

但刚切下的薄片还很粗糙。它们必须经过研磨、化学腐蚀和“化学机械抛光”等多道工序。这个抛光过程堪称“吹毛求疵”，最终的晶圆表面必须光滑到“如镜面一般”。

至此，一块空白的“晶圆”——芯片的“画布”——才算正式诞生。它还不是芯片，但它已是承载一切运算奇迹的基石。

从“画布”到“城市”

如果说上一阶段我们得到的是一块块“画布”（空白晶圆），那么接下来的过程，就是在这些画布上绘制出人类迄今为止最复杂的“画作”——集成电路。

这个“绘制”工厂，就是我们常说的“晶圆厂”，比如台积电、中芯国际(jì)等(děng)。而(ér)它(tā)们(men)使(shǐ)用(yòng)的(de)“画(huà)笔(bǐ)”，就(jiù)是(shì)光(guāng)刻(kè)机(jī)。

“画(huà)作(zuò)”的(de)设(shè)计(jì)与(yǔ)绘(huì)制(zhì)

首(shǒu)先(xiān)，芯(xīn)片(piàn)设(shè)计(jì)公(gōng)司(sī)（如(rú)英(yīng)特(tè)尔(ěr)、AMD、英(yīng)伟(wěi)达(dá)）会(huì)设(shè)计(jì)出(chū)复(fù)杂(zá)的(de)电(diàn)路图(tú)（版(bǎn)图(tú)）。这(zhè)张(zhāng)图(tú)纸(zhǐ)被制作成“光掩模”，它就像是老式胶卷的底片。

涂胶、曝光、蚀刻的循环

空白晶圆被送入晶圆厂后，会经历一个极其繁复的“PVD、CVD、光刻、蚀刻、注入”循环，这个过程可能要重复上百次，耗时数月：

涂胶： 在晶圆表面均匀涂上一层对光敏感的“光刻胶”。

曝光： 光刻机（如ASML的EUV光刻机）发出的光束（如极紫外光）穿过“光掩模”，将电路图案“投影”到光刻胶上。被照到的部分会发生化学变化。

显影： 洗去被曝光（或未被曝光）的光刻胶，电路图案就留在了晶圆表面。

蚀刻/ 沉积： 使用化学气体或等离子体，在没有光刻胶保护的区域进行“雕刻”（蚀刻掉多余的硅）或“沉积”（生长出新的材料层，如铜导线或绝缘体）。

离子注入： 在特定区域“掺杂”入其他元素，以改变其导电性能，从而制造出晶体管（开关）。

从晶圆到芯片的最后一步

这个循环往复，就像用3D打印技术一层一层地盖楼。几个月后，原本光滑的晶圆表面已经布满了数以百亿计的微型晶体管和连接线，形成了一座座密集的“微缩城市”。

此时，这片“晶圆”上已经布满了成百上千个完全相同的“芯片”。它已经不再是“空白画布”，而是“满载画作的成品”。

此次事件中的安世半导体东莞工厂的角色，正是“封装测试”。它们拿到的，就是这种“满载画作”的成品晶圆。它们的工作是：

测试： 用探针测试晶圆上每一个裸片，看是否合格。

切(qiè)割(gē)： 将(jiāng)这(zhè)块(kuài)大(dà)圆(yuán)片(piàn)切(qiè)割(gē)成(chéng)一(yī)个(gè)个(gè)独(dú)立(lì)的(de)小(xiǎo)方(fāng)块(kuài)（芯(xīn)片(piàn)）。

封(fēng)装(zhuāng)： 将(jiāng)合(hé)格(gé)的(de)芯(xīn)片“装”进我们常见的黑色小方盒（芯片外壳）里，并焊上引脚，以便它能安装在电路板上。

从“追赶”到“并跑”

从全球视角看，中国大陆晶圆代工产业正在经历从“追赶”到“并跑”的关键转型期。虽然在最先进的2纳米、3纳米制程上仍有差距，但在成熟制程、特色工艺、化合物半导体等领域，中国企业正在缩小差距甚至实现局部领先。

《2025全球及中国半导体制造市场预测和产业分析》报告显示，未来三年，随着71座300mm晶圆厂的陆续投产，中国大陆将占据全球近三成的产能份额。

如今，中国晶圆代工产业需要在技术攻关、人才培养、产业链协同等方面持续发力。未来将在成熟制程、特色工艺领域巩固优势，逐步夯实供应链安全，这样不仅将大幅提升中国半导体产业的自给率，也将深刻改变全球半导体产业的竞争格局。

参考资料：

1.上海证券报丨安世中国凌晨声明：恶意抹黑，倒欠10亿！

2.“中科院物理所”公众号丨晶圆是如何制造出来的？

3.“中国科学院半导体研究所”公众号丨芯片制造工艺流程.图文详解.一文通

撰文：记者 段大卫

编辑：段大卫

图片来源于网络