一片晶圆究竟能生产多少个芯片？

陆妹

CPU堪称是人造物的巅峰，一块指甲盖大小的芯片却能包含几千万甚至几亿个晶体管，而这些芯片都是由晶圆做成的，晶圆是制作硅半导体电路用到的硅晶片。

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单片晶圆的设计成本能够高达543美元。随着5G和ALOT的发展，今年全球晶圆代工收入预计将会同比增长23.8%，创十年新高。而纯晶圆代工全球排名前10的厂商，包括台积电、三星、格芯、联电、中芯国际、高塔半导体、力积电、世界先进、华虹半导体和东部高科，其中大部分是中美企业。2019年，全球晶圆代工市场约627亿美元，其中台积电占了59%，占领了一大半市场。

那么晶圆是如何炼成的？

这里简单介绍一下，首先要把沙子变成单晶硅，沙子的本质是二氧化硅，在2000℃高温时，二氧化硅和碳发生置换反应产生粗硅。当粗硅提纯到一定纯度时，就会变成多晶硅，再把多晶硅放入石英坩埚，用电流加热器把硅加热成液态，加入磷、硼、砷等元素以改变导电性，然后安置籽晶，让晶体不断生长成单晶硅，就能冶炼出高纯度的硅锭，这方法叫做单晶直拉法。那么硅锭到底有多纯呢？相当于10万吨的单晶硅，只能含有1克杂质。晶圆呢？就是从硅锭中研磨和切割出来的。每片晶圆的厚度大概在0.5～1.5毫米左右。

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从硅锭切割出来的晶圆相当于是地基，要想在上面造出晶体管，需要光刻技术。把设计好的电路结构，转印到晶圆上，再进行蚀刻、离子注入、电镀和抛光等操作，才能进行切片，即把圆形的晶圆切割成方形的芯片。

那么一块晶圆能生产多少个芯片呢？

现实中，晶圆有8英寸、12英寸还有18英寸等等。

晶圆尺寸越大，芯片的制程就越小，而目前14nm或以下制程的芯片，其实都是用12英寸的晶圆制造的，因此12英寸晶圆的出货面积高达65%。那么我们就来计算一下一块12英寸晶圆能够生产多少个芯片。

12英寸晶圆的表面积大约是70659平方毫米，而麒麟990 5G的芯片面积是113.31平方毫米，那么是不是做除法就能得出结果呢？当然不是啦，因为晶圆是圆的而芯片是方的，在圆形的晶圆上切割方形芯片会产生一些边角料，所以用晶圆表面积除以芯片表面积计算是不对的，正确的公式应该是用晶圆面积除以芯片面积再减去晶圆周长除以2倍的芯片面积的开方数。

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而12英寸晶圆的直径是300毫米，把它代入公式可以算出约为640块芯片。

但是呢？但这个过程还要考虑良率等问题，也就是会有残次品存在，所以实际能生产的芯片只有500块左右。

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台积电在晶圆代工行业处于龙头位置，但技术仍受限于美国，大陆的中芯国际和华虹集团也是一样的。目前荷兰的高精度光刻机制程通常在5nm到7nm之间，而我国最好的国产光刻机才能达到90nm，但是预计两年后，我国能造出第一台28nm光刻机，进一步缩小和国外芯片技术的差距。目前全球各大8英寸晶圆代工厂已经接近满产，晶圆代工产能不足的情况可能要持续到2022年以后，如果我们能抓住机会，建造更多的晶圆厂，就能占领更多的市场份额，提升在半导体行业的竞争力。

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文章由巢影字幕组译制

updown

在芯片的技术上，讲道理，咱们中国还是有点落后。