芯片制造是极其复杂的精密工程，主要流程可概括为以下核心步骤（以主流硅基芯片为例）：

一、芯片设计（前端）

1. 系统架构：定义芯片功能和性能指标。
2. 逻辑设计：使用硬件描述语言（如Verilog）设计电路逻辑。
3. 验证仿真：通过软件模拟验证设计正确性。
4. 物理设计（后端）：
   • 布局布线：将电路元件映射到物理位置。
   • 时序分析：确保信号传输速度达标。
   • 生成光罩（掩模）：输出用于光刻的电路版图。

二、晶圆制造（核心环节）

1. 硅提纯：将砂石（二氧化硅）提炼为超高纯单晶硅锭（纯度>99.9999%）。

2. 晶圆制备：

   • 硅锭切割成<0.8mm厚的圆片（晶圆）。
   • 抛光至镜面光洁度（常用12英寸/300mm直径）。

3. 光刻（关键工艺）：

   • 涂胶：在晶圆表面旋涂光刻胶（感光材料）。
   • 曝光：通过光罩用紫外光（或极紫外光EUV）照射，将电路图案转移到光刻胶上。
   • 显影：溶解被曝光区域的光刻胶，形成立体电路模板。

4. 刻蚀：

   • 用化学或等离子体去除未被光刻胶保护的硅/金属层。
   • 精确雕刻出三维结构（深度精度达纳米级）。

5. 薄膜沉积：

   • 物理气相沉积（PVD）：溅射金属层（如铜互连线）。
   • 化学气相沉积（CVD）：生长绝缘层（如二氧化硅）。
   • 原子层沉积（ALD）：制造超薄均质薄膜。

6. 掺杂：

   • 离子注入：将硼/磷等离子打入硅中，改变半导体特性。
   • 退火：高温修复晶格损伤并激活杂质原子。

7. 化学机械抛光（CMP）：研磨晶圆表面实现全局平坦化，为下一层光刻做准备。

循环迭代：3-7步重复数十次（先进芯片超100层），逐层构建三维结构。

三、封装测试

1. 晶圆测试：

   • 用探针台测试每个芯片的电性能。
   • 标记失效单元（通常占总数10%-30%）。

2. 切割：用金刚石刀或激光将晶圆分割成单个芯片（Die）。

3. 封装：

   • 贴片：将芯片固定在基板/引线框架上。
   • 键合：用金线/铜柱连接芯片与外部引脚。
   • 塑封：环氧树脂包裹保护芯片。

4. 最终测试：

   • 老化测试（高温加压筛选早期故障）。
   • 全功能与可靠性验证（良率决定成本）。

5. 分级打标：按性能分档（如CPU的不同频率版本），激光刻印型号。

四、核心挑战

• 工艺精度：3nm工艺相当于操作单个病毒大小的结构。
• 洁净度：车间空气洁净度达医院手术室的10万倍。
• 成本与周期：建厂成本超$200亿，从设计到量产需1-3年。

技术前沿：EUV光刻（13.5nm波长）、GAA晶体管、3D封装（Chiplet）等持续推动摩尔定律演进。

此流程高度简化的描述仅为全局框架，实际涉及超5000道工序，依赖材料科学、量子物理、超精密机械等跨学科协作，是人类工业文明的巅峰技术之一。