一个晶圆厂凝聚着人类最前端的技术结晶。
从作为原料的沙子，到最后成品的芯片，是一条非常漫长的产业链，有人估算，大约包含了上百道工序。
晶圆厂都有什么车间？
从芯片到半导体的全流程中，首先需要EDA设计，但是这一部分很多时候都由需求方已经完成，比如英特尔、华为海思。芯片设计以计算机为工具，对于特定目标芯片完成适配编译、逻辑映射和编程下载。
芯片产业链。图片来源：中商产业研究院
然后就进入晶圆制备流程，当台积电上世纪提出专业的晶圆集成生产理念后，以其为代表的Foundry产业技艺逐步精细，最后成为晶圆制造帝国。
自然界不存在高纯度的硅，因此在使用单晶硅开始制作芯片之前，晶圆厂需要先提纯硅。硅是积体电路的主要材料，只要加入一些元素，比如砷、磷、硼，就可以改变硅材料的导电能力及特性。为了达到集成电路对于硅晶圆的敏感度与均匀度的高标准要求，晶圆厂需要将多硅晶圆高温加热，再通过速度与温度的调整，拉伸出圆柱状的晶棒，研磨好外层之后，切出薄薄的硅晶圆。
切出的晶片。图源：台积电
有了这片薄薄的硅晶圆，接下来才真正进入集成电路的制造流程。在之前的芯片设计环节中，设计师已经将每一层的电路图写在光罩上，晶圆蜕变之路继续。
以台积电为例，一个晶圆厂的布局大概分为7个区，每个区功能不同：
1. 炉管区。在炉管区，以高温反应的方式，在硅晶体上形成一层硅化合物。这层化合物附着性好，为之后的打磨和刻蚀做准备。
2. 离子植入区。该区将离子植入晶圆特定区域内，达到改变特定区域晶圆导电或者不导电的特性。
3. 化学气相沉积区。该区域利用化学反应将反应气体生成固态，并沉积在晶片表面，形成薄膜。
4. 微影区。生长了薄膜的晶圆，进入图案转录的微影区，表面涂抹光刻胶，成为光阻。将其放置于光下进行曝光。现在，硅晶圆表面一部分曝光，一部分没有曝光。
5. 蚀刻区。在这个区域内，已经曝光的地方将进一步蚀刻。现在整个晶圆为单晶硅和硅化合物存留。
6. 物理气相沉积区。这个区域将实现导电功能，用金属导线将元件连接起来。
7. 化学机械研磨区。这个区域将使用化学反应和机械工具，对表面进行进一步打磨，方便后续封装。
经过7个车间，晶圆片表面形成数以百计的晶粒。经过验收后，即可进行切割、封装和测试。
晶圆厂的环境
从芯片到半导体的全流程中，首先需要EDA设计，但是这一部分很多晶圆厂不仅要技术过硬，还要环境保证，这与制造同样重要。
为使芯片上的器件功能正常，避免硅片制造上的沾污是绝对必要的。随着器件的关键尺寸减小，任何灰尘都可能堵在晶圆表面，因此对沾污的要求越来越严格。
为了控制制造过程中不能接受的沾污，半导体产业开发、使用了净化间，或者叫无尘间，他们的级别比手术室还要严格10倍。无尘间是一个净化过后的空间，他以超级洁净空气将芯片与外界环境隔离。但是无尘间并不是说一点灰尘没有，这是不可能的，只是高标准减少灰尘的意思。
无尘间沾污主要分为五类：颗粒、金属杂质、有机物沾污、自然氧化层、静电。
人是无尘间最大的污染来源，因此为了实现净化间内的超净环境，人员都会穿上超净服，也叫“兔子服”，完全包裹身体。进入车间之前，需要经过长长的空气洗涤通道，并且，在无尘室工作需要缓慢移动，以防止气流破坏。
除了对人的要求，还有对水的要求。制造半导体需要大量高质量、超纯去离子水。这种水是半导体制造中用的最多的化学品，主要用在硅片的清洗中。
去离子水在无尘室外面已经准备好，并且通过管道连接进入车间，接在每一个有晶圆刻蚀功能的机器上。
超纯去离子水清洗晶圆。图源：GlobalFoundries
总体来说，整个晶圆厂可以说是一个大型的无尘室，它装有各式滤网，外来风气必须经过处理。不同的工艺对于无尘的要求不同。
同时，在半导体晶圆的测试过程中，测试间也必须置于洁净室中，洁净度的控制也同样重要，洁净室的洁净度控制不好，会导致空气中的含尘量过高，从而导致外来物的增加，进而影响到测试的准确度、稳定性，严重还会导致探针测试卡的损坏。
合理规划晶圆厂的布局、进出通路、提高良率、提高自动化与机械化减少人员参与，是晶圆厂规划是非常重要的前期环节，大的Fab整个布局设置也需要耗费几十亿美元。
晶圆厂有多少？
据半导体产业纵横统计，台积电公司目前拥有四座十二吋超大晶圆厂（GIGAFAB® Facilities）、四座八吋晶圆厂和一座六吋晶圆厂，并拥有一家百分之百持有之海外子公司——台积电（南京）有限公司之十二吋晶圆厂及二家百分之百持有之海外子公司—WaferTech美国子公司、台积电（中国）有限公司之八吋晶圆厂产能支援。其中于2016年成立的台积电（南京）有限公司，下设有一座十二寸晶圆厂以及一个设计服务中心。
英特尔是少数几个IDM。到2018年底，英特尔在全球10个地点拥有15个硅片生产厂。美国的生产基地包括亚利桑那州的钱德勒、马萨诸塞州的哈德逊、新墨西哥里约热内卢牧场，还有俄勒冈州的希尔巴罗。除美国以外的工厂生产地点包括爱尔兰的Leixlip、以色列的耶路撒冷和Kiryal、中国大连。除晶圆制造厂外，英特尔的封测厂则分布在菲律宾、马来西亚、越南、中国等地。
三星则在规划6座芯片厂，想要到2030年成为全球最大的芯片公司，并计划投资1150亿美元以实现这一目标。在举国之力打造大财阀公司的韩国，想要实现这一目标并非不可能。
建设一个晶圆厂投资巨大。相关人士称，在台积电的17个工厂中，台湾的四个厂区都是GigagFab厂，Fab 12、Fab 14、Fab 15和Fab 18都是由6、7个晶圆厂组成，共享中央工厂。一个GigaFab建造和装备的成本约在54亿美元左右，这还是是共享中央工厂的模式。
在所有的成本中，30%是土建等其他投资，70%是设备投资，其中光刻占到设备最大的支出，ASML的EUV光刻机，一台大概1.2亿欧元，约合10亿人民币，是代工厂的绝对支出。
在国内建设晶圆厂怎么样
根据TrendForce的统计，全球晶圆代工厂中，台积电占据一半份额，但是这个比例在缩小。在榜单前十名中，台积电、联电、力积电、世界先进都是台湾企业，世界份额占比66%。得得益于上个世纪台湾的代工经济，台湾在晶圆代工是绝对的第一。
中芯国际是大陆代工厂的第一，中芯国际目前有5个代工厂，分布在上海、北京、天津、深圳，上海有两个，主要是200mm&300mm晶圆产品。
就在昨天，中芯国际在港交所公告称，公司拟与上海自贸区临港新片区管委会，在上海临港自贸区共同成立一家12英寸晶圆代工生产线项目合资公司。
根据框架协议，双方有意在上海临港自由贸易试验区共同成立合资公司，该合资公司由中芯国际负责运营管理。合资公司注册资本金拟为55亿美元，其中中芯国际拟出资占比不低于51%，上海市人民政府指定的投资主体拟出资占比不超过25%。
目前，国内对于晶圆厂的支持力度前所未有，我们期待以中芯国际为代表的中国晶圆工厂能走出更大的版图。
