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| 本文作者： 我在思考中 | 2021-11-16 10:15 |
編輯 | 青暮
視頻鏈接：https://youtu.be/vuvckBQ1bME
答案只有一個(gè)字：
硅從哪里來(lái)？
行了，就兩個(gè)重點(diǎn)：巖石、高溫。
國(guó)外的一個(gè)小伙看后馬上踏上了自己制造CPU的旅程。
小伙夸下海口，我能用石頭做！
從一顆石頭開(kāi)始制作CPU，想法來(lái)自小伙對(duì)時(shí)代的思考：為什隨著高科技不斷涌現(xiàn)，我們卻失去了創(chuàng)造事物的能力？
但是CPU被稱(chēng)為“世界上唯一無(wú)法山寨的東西”，制造過(guò)程代表當(dāng)今世界科技發(fā)展的最高水平，制造過(guò)程包含選取原料沙子(石英)、提純成硅錠、晶圓、光刻、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測(cè)試與切割、核心封裝、等級(jí)測(cè)試等基本步驟，真能被復(fù)刻出來(lái)？
且不論現(xiàn)在的納米級(jí)CPU，只要小伙能造出來(lái)，我就敬上一聲大佬！
但是到底是怎么做的呢，似乎他真的想把我們教會(huì)。
第一步、從撿石頭開(kāi)始。
第二步、砸石頭。
第三步、不停地砸，終于你將擁有一份 98% 濃度的二氧化硅。
這還不夠，還要提純，只有當(dāng)硅被純化到純度為99.9999999％時(shí)，它才真正現(xiàn)出原形。
這是99.9%純度的二氧化硅，看上去像酸奶質(zhì)地。
再純！再純！純至99.9999999%的多晶硅金屬，變成了一塊銀晃晃的東西--硅錠。
但此時(shí)的硅錠還是多晶態(tài)形式，變成單晶態(tài)才能用。
下一步就是將多晶硅錠放入坩堝中，將硅錠加熱至 1698 °K。
隨后，小伙取出一顆單晶“種子”，把它浸到熔融硅的大桶中。
在這個(gè)過(guò)程中，多晶硅體圍著這顆單晶種生長(zhǎng)，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。簡(jiǎn)直就是“先富帶動(dòng)后富”的典型啊！
隨后慢慢把晶體拉出來(lái)，等待冷卻后，一個(gè)純硅單晶出爐！當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)~
看這擺盤(pán)！
所謂的“切割晶圓”也就是從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)CPU的內(nèi)核。一般來(lái)說(shuō)，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的CPU成品就越多。
切割出的晶圓經(jīng)過(guò)拋光后變得幾乎完美無(wú)瑕，已經(jīng)能清晰地照出貓咪的樣子！
那么現(xiàn)在，就有了最原始的新切割硅片。
之后再選擇性地用硼、磷或者其他摻雜劑摻雜。
小伙表示，為了省錢(qián)，打算再開(kāi)一條生產(chǎn)線，在火柴上發(fā)揮想象力。
接下來(lái)，將開(kāi)始最精細(xì)的第三階段：光刻
先在晶圓上涂上光阻(Photoresist)劑，然后取一個(gè)帶有所需電路圖案的鉻蝕刻石英掩模，用激光束照射，將電路圖案投射到晶圓上。
此時(shí)，光罩產(chǎn)生的陰影位置將控制光刻膠在硅片表面發(fā)生化學(xué)變化的位置，當(dāng)然，這取決于使用的是正性還是負(fù)性光阻劑。
然后，倒上顯影液。等待一會(huì)后再酸蝕晶片的暴露部分。
盡管小伙的步驟相當(dāng)簡(jiǎn)單，但是光刻的工作屬于芯片制造中最關(guān)鍵的一環(huán)！一言以蔽之，光刻目的即改變晶圓的區(qū)域?qū)щ姞顟B(tài)！
其中，蝕刻技術(shù)把對(duì)光的應(yīng)用推向了極限。蝕刻使用的是波長(zhǎng)很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長(zhǎng)的光將透過(guò)這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來(lái)停止光照并移除遮罩，使用特定的化學(xué)溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層硅。
然后，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，以制造出N井或P井，結(jié)合上面制造的基片，CPU的門(mén)電路就完成了。
這些工作完成后，就是無(wú)數(shù)次的重復(fù)操作：同質(zhì)外延、異質(zhì)外延、偽外延、擴(kuò)散摻雜、銅互連層、化學(xué)機(jī)械拋光、光刻膠應(yīng)用、酸蝕刻和光掩模曝光，從而在晶片上建立所需的特征。
也就是長(zhǎng)這樣--
光打過(guò)去，光線在穿過(guò)芯片內(nèi)的透明氧化層時(shí)發(fā)生薄膜干涉和衍射，你看到的晶圓上的圖案，就來(lái)自嵌入芯片內(nèi)的金屬互連層上的光反射。此時(shí)的晶圓還會(huì)閃耀著五彩斑斕的彩虹色，意味著現(xiàn)在你得到了一個(gè)完整的硅片！
要知道，CPU的所有魔法就發(fā)生在硅芯片表面的這層薄層中！厚度僅為微米量級(jí)，但其本身由許多納米量級(jí)的更小薄層組成。
然后，開(kāi)始了第四階段：封裝
這些未封裝的硅片，要先定位硅芯片上的焊盤(pán)，并連接鍵合線。
這些小點(diǎn)就是電線連接點(diǎn)
終于，一塊可以使用的CPU制做完成！
顯然，制造一塊現(xiàn)代 CPU 的過(guò)程要比小伙演示的更復(fù)雜。其中有許多精密技術(shù)小伙甚至沒(méi)提到，比如光阻劑和顯影液的化學(xué)成分、濃度、在晶圓上構(gòu)建特征的方式等等。
這些都是大公司專(zhuān)利，不可能在 HackerNews 、Reddit 或者YouTube上搜得到。
但小伙說(shuō)到，雖然業(yè)余愛(ài)好者不太可能自己造出尖端的納米級(jí)芯片，但微米級(jí)的還是可行的。YouTube上另一小伙Sam Zeloof 確實(shí)試過(guò)。
YouTube地址：https://www.youtube.com/c/SamZeloof/videos
最后，小伙不忘提醒大家，視頻中的“光刻膠”和“顯影劑”只是彩色道具，真化學(xué)品可是相當(dāng)危險(xiǎn)，普通房子做實(shí)驗(yàn)室根本不行，還得以安全第一。
視頻結(jié)束，雖然小伙只是演示了一遍芯片制造流程，但還是要尊稱(chēng)一聲大佬！因?yàn)樵谛酒猓覀兇_實(shí)還有很多想要求解的問(wèn)題：為什么隨著高科技不斷涌現(xiàn)，我們卻失去了創(chuàng)造事物的能力？
但似乎，我們并沒(méi)有失去創(chuàng)造力，而是變得更加急功近利。伴隨著數(shù)字化生存，信息供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)信息需求，人們渴求更快、更全面、更準(zhǔn)確地處理信息，“使用力”漸漸比“創(chuàng)造力”更加“有用”。
走向創(chuàng)造，意味著與時(shí)代大流背道。
此時(shí)，問(wèn)及“是我們失去了創(chuàng)造能力”，還是“CPU剝奪了我們的創(chuàng)造能力”？你會(huì)如何作答？
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