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圖解制作芯片，你也可以解決芯片危機

時間：2021-11-29 16:15:57
關鍵字： 芯片   
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[導讀]在今日頭條小伙一本正經(jīng)用石頭打造CPU，號稱99秒“解決”芯片危機[1]中介紹了一位加拿大的小伙羅伯特·愛德（RobertElder）的一篇博文中?HowToMakeACPU-ASimplePictureBasedExplanation[2]講述了如何從一顆小石子制作出集成電路芯...

在今日頭條 小伙一本正經(jīng)用石頭打造CPU，號稱99秒“解決”芯片危機[1] 中介紹了一位加拿大的小伙 羅伯特·愛德（Robert Elder）的一篇博文中  How To Make A CPU - A Simple Picture Based Explanation[2] 講述了如何從一顆小石子制作出集成電路芯片的。


▲ 圖1  Elder在演示制作過程愛德的這篇博文，廢話很少，全部演示給你瞧。這個世界上在我們周圍充滿著專用的各式各樣的硬件和軟件，使得我們再也提不起興趣，也喪失了相應的能力，去自己單獨干一件事情，哪怕一丟丟這樣的意念沒有了。正是為了改變這個現(xiàn)狀，愛德就設想自己如何從組成集成電路的基本原料開始自己來制作出芯片。


▌第一步：撿拾石子

▲ 圖1.1  撿拾這種亮晶晶的石子，其中包含有石英（二氧化硅）成分

▌第二步：粉碎石子

▲ 圖1.2  人類從舊石器時代（300萬年年）就會敲擊石子，但現(xiàn)在愛德使用鐵錘將石子粉碎

▌第三步：提純二氧化硅

▲ 圖1.3  篩選出色澤白皙石英粉末，它們是純度為98%的二氧化硅▲ 圖1.4  這是純度為99.9%的二氧化硅，這是制作多晶硅的原料

▌第四步：還原多晶硅

▲ 圖1.5  將純凈二氧化硅通過還原過程形成多晶硅，純度達到99.9999999%

▌第五步：放入坩堝

▲ 圖1.6  往后，大家只能意會愛德的藝術行為了：將多晶硅放入坩堝（鐵鍋）內(nèi)準備加熱

▌第六步：加熱坩堝

▲ 圖1.7  將前面的坩堝（鐵鍋）通過電熱絲（電磁爐）加熱到1698°K

▌第七步：加入結晶種料

▲ 圖1.8  使用一小塊單晶硅作為結晶種料輕輕沾入熔硅坩堝內(nèi)

▌第八步：提拉單晶硅

▲ 圖1.9  將晶體緩慢提拉出坩堝，并進行冷卻，就會得到一條長柱型的單晶硅

▌第九步：切割晶圓片

▲ 圖1.10  純度極高的單晶硅現(xiàn)在已經(jīng)閃亮登場▲ 圖1.11  大家別忘了最上面是開始用于結晶籽料的原始單晶硅。那么問題來了，這個籽料單晶硅是怎么制作的呢？▲ 圖1.12  將單晶硅切割成薄片用作后期芯片制作原料。這種切火腿的姿勢看得我直流口水

▌第十步：晶片摻雜

▲ 圖1.13  經(jīng)過切割、拋光后的晶圓片會亮瞎你的狗眼▲ 圖1.14  用于晶片摻雜的元素硼元素▲ 圖1.15  在普通的火柴中包含有摻雜元素磷

▌第十一步：涂抹光刻膠

▲ 圖1.16  將光刻膠涂抹在硅圓片上?？粗@瓶像可樂的水瓶，感到口發(fā)干

▌第十二步：掩膜曝光

▲ 圖1.17  將所需電路走線制作鍍鉻光腐蝕晶體掩膜，通過一束激光將其投影在晶圓片上的光刻膠上▲ 圖1.18  晶片上出現(xiàn)了曝光的集成電路圖案

▌第十三步：曝光顯影

▲ 圖1.19  在曝光過程中，掩膜影子則會控制硅片不同部位表面的感光膠的化學變化。這一點還依賴于所使用的感光膠是極性

▌第十四步：勾兌顯影劑

▲ 圖1.20  勾兌出光致抗蝕劑

▌第十五步：腐蝕暴露硅片

▲ 圖1.21  使用酸性腐蝕劑將暴露的硅片進行腐蝕?？粗@桶白醋，讓我想起了熱騰騰的餃子

▌第十六步：循環(huán)往復折騰

▲ 圖1.22  經(jīng)過無數(shù)遍的重復過程：均相外延，異相外延，偽外延，擴散摻雜，銅連接層，機械化學拋光，施加抗蝕層，酸腐蝕，掩膜曝光等▲ 圖1.23  最終形成所需要的電路表面結構

▌第十七步：芯片切割

▲ 圖1.24  這是完成所有工藝步驟的成品硅片，上面往往具有成千上萬個相同的芯片▲ 圖1.25  下面就是切蛋糕的時刻了，將它們一一分割開來。感受愛德的小刀下面還應該有剛剛吹滅的蠟燭

▌第十八步：綁定引線

▲ 圖1.26  這是分割后的電路芯片▲ 圖1.27  將它們放在芯片外殼中心，利用金絲將芯片引腳與外殼引腳相連▲ 圖1.28  電路芯片上的引腳與外殼進行了綁定

▌第十九步：芯片封裝

▲ 圖1.29  在芯片外再增加保護材料將電路封裝并進行管腳的固定上面的介紹僅僅是集成電路制作的粗略框架，實際上遠比上面復雜得多，很多的工藝過程并沒有被提及?，F(xiàn)代集成電路制作的工藝還在不斷的更新演變，甚至有些尚未被正式公開。至于是否真的個人可以在家中完成半導體芯片的制作，在一些小眾的團體中是有人給出了精簡的解決方案，并在不斷的完善過程中。


當然，如果你真的很想在自己的家中得到一個集成電路的硅片，也可以按照下面的步驟獲得。


▲ 圖19.2  從封裝好的芯片拆解出其中的硅片▲ 圖19.3  拆解一個集成電路


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