首先要讓大家知識一個現狀：半導體晶片進口花費 已接近原油兩倍
海關總署公開資訊顯示，積體電路進口額從2015年起已連續三年超過原油，且二者進口差額每年都在950億美元以上。其中，2017年中國積體電路進口量高達3770億塊，同比增長10。1%；進口額為2601億美元（約合17561億元），同比增長14。6%。2017年中國貨物進口額為12。46萬億元，也就是說積體電路進口額佔中國總進口額的14。1%，而同期中國的原油進口總額僅約為1500億美元。中國在半導體晶片進口上的花費已經接近原油的兩倍。
晶片有幾十種大門類 上千種小門類
晶片，是指內含積體電路的矽片，體積很小，常常是計算機或其他電子裝置的一部分。晶片組，是一系列相互關聯的晶片組合。它們相互依賴，組合在一起能發揮更多作用，比如，計算機裡的中央處理器（CPU）及手機中的射頻、基帶和通訊基站裡的模數轉換器（ADC）等，就是由多個晶片組合在一起的更大的積體電路。而積體電路是非常精密的儀器，其單位為奈米。一奈米為十萬分之一毫米。這就對設計、製造工藝都有非常嚴格、高標準的要求。
晶片的種類很多，芯謀研究首席分析師顧文軍表示：“僅從產品種類來說，晶片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類；如果涉及裝置流程的話就更多了。美國是整體式、全方位處於領先地位，而我們只是在某些領域裡面有所突破，並且這些領域也並非核心、高階的領域，比如中國在儲存器、CPU、FPG及高階的模擬晶片、功率晶片等領域，幾乎是沒有的。如果中國發力研發，在某些小的門類中可能會有所突破。”
一臺通訊基站內 有上百顆晶片
以運營商業務為例，通訊基站裝置是其最主要的產品之一，而在一臺通訊基站中就有上百顆晶片負責實現不同功能。“簡單來說，基站發射並回收訊號，收回訊號後首先要有晶片濾波，穩定訊號；然後還有晶片將這種特別小的訊號放大；再有晶片進行解析、處理；然後是晶片負責傳輸、分發。基站核心跟電腦類似，可以實現各種功能，但它可以支援多個手機，因而速度更快，晶片更復雜。”上述人士表示。
其中，最典型的是ADC晶片，中國目前還無法生產出可替代產品。ADC晶片是模數轉換晶片，負責將天線接收的連續的模擬訊號轉換為通話或上網的數字訊號。目前ADC主要依賴亞德諾、德州儀器等公司供應。
從軟體方面來說，EDA模擬軟體是另一個典型。利用該軟體，電子設計師才可以在電腦上設計晶片系統，大量工作可以利用計算機完成，並可以實現多個產品的結合試驗等。如果沒有EDA模擬軟體，則需要人工進行設計、試驗，耗費的人力、時間等成本不計其數。目前進入我國並具有廣泛影響的EDA軟體有十幾種，基本都來自於美國。
製造一顆晶片 需要5000道工序
晶片製造領域的專家介紹，一顆晶片的製造工藝非常複雜，一條生產線大約涉及50多個行業、2000-5000道工序。就拿代工廠來說，需要先將“砂子”提純成矽，再切成晶圓，然後加工晶圓。晶圓加工廠包含前後兩道工藝，前道工藝分幾大模組——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；後道工藝主要是封裝——互聯、打線、密封。其中，光刻是製造和設計的紐帶。
其中許多工藝都在獨立的工廠進行，而使用的裝置也需要專門的裝置廠製造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專門的化工工業。另外，積體電路的生產都是在超淨間進行的，因此還需要排風和空氣淨化等系統。
有說法認為，積體電路是比航天還要高的高科技。該業內人士表示，這種說法也不無道理，“航天的可靠性估計也就4個9、5個9的樣子（X個9表示在軟體系統一年時間的使用過程中，系統可以正常使用時間與總時間之比）。現在矽晶圓材料的純度就要6個9以上。”
晶片研製的流程
晶片製作完整過程包括晶片設計、晶片製作、封裝製作、測試等幾個環節，其中晶片製作過程尤為的複雜。首先是晶片設計，根據設計的需求，生成的“圖樣”。然後還得經過以下工藝方可將晶片製造出來。
1、 晶片的原料晶圓
晶圓的成分是矽，矽是由石英沙所精練出來的，晶圓便是矽元素加以純化（99。999%），接著是將這些純矽製成矽晶棒，成為製造積體電路的石英半導體的材料，將其切片就是晶片製作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，生產的成本越低，但對工藝就要求的越高。
2、晶圓塗膜
晶圓塗膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。
3、晶圓光刻顯影、蝕刻
該過程使用了對紫外光敏感的化學物質，即遇紫外光則變軟。透過控制遮光物的位置可以得到晶片的外形。在矽晶片塗上光致抗蝕劑，使得其遇紫外光就會溶解。這時可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了，而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化矽層。
4、摻加雜質
將晶圓中植入離子，生成相應的P、N類半導體。
具體工藝是是從矽片上暴露的區域開始，放入化學離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區的導電方式，使每個電晶體可以通、斷、或攜帶資料。簡單的晶片可以只用一層，但複雜的晶片通常有很多層，這時候將這一流程不斷的重複，不同層可透過開啟視窗聯接起來。這一點類似多層PCB板的製作原理。 更為複雜的晶片可能需要多個二氧化矽層，這時候透過重複光刻以及上面流程來實現，形成一個立體的結構。
5、晶圓測試
經過上面的幾道工藝之後，晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。透過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。一般每個晶片的擁有的晶粒數量是龐大的，組織一次針測試模式是非常複雜的過程，這要求了在生產的時候儘量是同等晶片規格構造的型號的大批次的生產。數量越大相對成本就會越低，這也是為什麼主流晶片器件造價低的一個因素。
6、封裝
將製造完成晶圓固定，繫結引腳，按照需求去製作成各種不同的封裝形式，這就是同種晶片核心可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這裡主要是由使用者的應用習慣、應用環境、市場形式等外圍因素來決定的。
7、測試、包裝
經過上述工藝流程以後，晶片製作就已經全部完成了，這一步驟是將晶片進行測試、剔除不良品，以及包裝。
全球晶片 幾乎被美日歐壟斷
根據前瞻研究院的報告顯示，目前，全球晶片仍主要以美、日、歐企業產品為主，高階市場幾乎被這三大主力地區壟斷。在高階晶片領域，由於國內廠商尚未形成規模效應與叢集效應，所以其生產仍以“代工”模式為主。
截至2015年年底的資料顯示，全球共有94家先進的晶元製造廠商，其中17家在美國，71家在亞洲（中國有9家），6家在歐洲。日本在上世紀80年代處於領先地位，但自90年代開始其全球半導體市場份額顯著下降，至2015年僅有3家日本晶片製造商位列全球排名前二十——東芝、瑞薩電子和索尼。而與此同時，東亞其他國家已成為動態隨機存取儲存器市場的主要公司。韓國三星電子和海士力目前是世界第二和第三大半導體公司。
根據美國半導體產業協會（SIA）的最新統計資料顯示，2017年1月至2月，中國和美國的晶片市場規模份額擴大，分別為33。10%和19。73%；日本和歐洲的晶片市場份額有所下降，分別為9。29%和9。12%。中國晶片市場是全球最大、增長最快的市場，但是對外依存度過高。
英特爾一直是世界上最大晶片製造商
自1993年1月以來，英特爾一直是世界上最大的晶片製造商。個人計算機所用的CPU處理器中，英特爾就佔據了八成份額。人們耳熟能詳的奔騰、賽揚、酷睿等處理器都來自英特爾。目前，英特爾的年營收率仍然在繼續增長——無論是從PC、資料中心伺服器，還是物聯網晶片。
目前全球晶片製造有三種模式：
第一種是IDM （integrated device manufacturers）：主要玩家有因特爾，三星，SK海力士，鎂光， 德州儀器等。他們自己設計晶片然後自己製造出來。
第二種是fabless （fab是fabrication的簡寫，fabless就是沒有fabrication的意思）。：主要玩家有華為，高通，蘋果，英偉達，博通，AMD等等。他們只負責設計晶片，然後將設計好的版圖交給代工廠 （就是最後一種foundry）去製造成晶片。
第三種是 foundry （代工廠）。：主要玩家有臺積電，Globalfoundries，聯華電子，中芯國際。他們只負責將fabless的版圖製造成晶片，不負責設計。
因此，從以上可以看出只有第一種和第三種是有真正的晶片製造能力的，其中有7nm製程的是三星和臺積電。但其實intel的10nm和三星與臺積電的7nm製程效能是差不多的。所以全球能做出高效能晶片的只有這三家。三星雖然是IDM，自己也提供代工服務，常年為蘋果代工。中芯國際14nm製程剛投產，良率暫時還不足，要想追上臺積電還需要一段時間。
這就是為什麼大家在提到7nm晶片時，從不提華為高通蘋果等等。因為他們都只負責設計完了畫成圖紙，你要願意畫成1nm也可以，就是沒人能製造的出來，那也是沒有意義的，能製造出來才是最厲害的。
這裡提到7nm製程都是我們所說的CPU，GPU這樣的晶片製造。其實還有一些別的公司也可以叫做IDM，他們可能是製造GaN上的射頻晶片，MEMS感測器等等。和通用的CPU，GPU不是同一套製程甚至涉及其他材料。一般來說這些公司都被忽略掉了，其實很多都很厲害，壟斷著一些市場沒那麼大的器件上。這個意義上講長江儲存應該和鎂光一樣，也是IDM。因為3D NAND是一套和邏輯晶片完全不同的製程，流程可以在網上找到，但是細節全是不能公開的內部機密。
多說一句，打磨製程是耗時耗力耗錢的過程，不是有了好的儀器就可以了。
foundry就是研究製作流程和調節每一步的具體細節，而不管儀器的製造。就算如此，（我覺得）它也算是整個半導體行業中最燒錢的部分了。
製作晶片步驟包括但不限於：化學機械拋光，滲透，離子注入，熱氧化，光刻，幹刻蝕，溼刻蝕，蒸鍍，濺射，化學氣相沉積，退火。最佳化流程就像，你要是做一個20nm寬的溝道，你可以直接光刻一個20nm的。你要是想做一個衍射極限之下的寬度，就得想點辦法了，這裡有一些非常有想象力的騷操作，但是結果是這一層的形狀有要求，fabless在設計的時候只有遵循這些形狀的要求，不然做不出來，這些被稱為production rule。有一些流程也可以多種選擇，比如像在矽上長二氧化矽，可以用熱氧化的方法直接把表面氧化成熱氧化矽，也可以用CVD或者蒸鍍來長。如果就長一層，那大家就用熱氧化了，那樣的SiO2質量最好。如果像3D NAND那樣64層甚至128層，大家就會選擇用CVD來長一層Si一層SiO2。現在MOSFET中的柵極絕緣層都用HfO2，那就只能ALD之類的方法長了。工藝的打磨是特別燒錢的，像AMD就曾經是IDM，後來燒不動錢了，就把整個fab砍掉了，變成了一個fabless，那個被砍掉的部門就發展成了後來的globalfoundries。
有了工藝，上面的每一步都對應一種儀器。儀器的提供商是另一些公司，主要有應用材料，東晶電子，Lam，ASML（只提供光刻機），KLA-tencor（主要提供檢測裝置），中微半導體（可以提供幹刻蝕所學的等離子體刻蝕機）。
儀器中要用到的高純度材料和化學品又由另一些化工材料的公司提供，包括化學機械拋光的拋光液和研磨墊，光刻膠，光刻膠顯影液，幹刻蝕所用的氣體，化學氣相沉積所用氣體，濺射和蒸鍍的靶材。電子級的靶材主要集中在美日，光刻膠，拋光液和研磨墊主要是一些巴斯夫，陶氏之類的公司提供。最後是由專業的封裝廠封裝好，一顆晶片才能完工。
綜述：儘管我國的晶片技術與歐美等頂尖技術還有差距，這個必須清醒認識到，目前而言，我國的晶片產業發展迅速，與國家的重視密不可分。但是由於晶片是屬於產業鏈上端的，缺頂層人才和技術積累，這個方面還需要繼續努力，尤其是頂尖晶片研發人員，培養的同時不斷完善薪資體制，讓更多優秀人才在中國實現“晶片夢”。