在今日頭條 小伙一本正經(jīng)用石頭打造CPU，號(hào)稱99秒“解決”芯片危機(jī)^[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(gè)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(yīng)的能力，去自己單獨(dú)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(gè)現(xiàn)狀，愛德就設(shè)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(shí)代（300萬年年）就會(huì)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(dá)到99.9999999%

▌第五步：放入坩堝

▲ 圖1.6  往后，大家只能意會(huì)愛德的藝術(shù)行為了：將多晶硅放入坩堝（鐵鍋）內(nèi)準(zhǔn)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(jié)晶種料

▲ 圖1.8  使用一小塊單晶硅作為結(jié)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(jìn)行冷卻，就會(huì)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(jié)晶籽料的原始單晶硅。那么問題來了，這個(gè)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(huì)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(huì)控制硅片不同部位表面的感光膠的化學(xué)變化。這一點(diǎn)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(jìn)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(fù)折騰

▲ 圖1.22  經(jīng)過無數(shù)遍的重復(fù)過程：均相外延，異相外延，偽外延，擴(kuò)散摻雜，銅連接層，機(jī)械化學(xué)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(jié)構(gòu)

▌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(gè)相同的芯片▲ 圖1.25  下面就是切蛋糕的時(shí)刻了，將它們一一分割開來。感受愛德的小刀下面還應(yīng)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(jìn)行了綁定

▌第十九步：芯片封裝

▲ 圖1.29  在芯片外再增加保護(hù)材料將電路封裝并進(jìn)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(shí)際上遠(yuǎn)比上面復(fù)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(gè)人可以在家中完成半導(dǎo)體芯片的制作，在一些小眾的團(tuán)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(dāng)然，如果你真的很想在自己的家中得到一個(gè)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(gè)集成電路