如何把一塊石頭變成CPU？國外小伙稱自己將解決全球晶片荒

• 2021 年 11 月 16 日
• AI

編輯 | 青暮

影片鏈接：//youtu.be/vuvckBQ1bME

答案只有一個字：

硅從哪裡來？

行了，就兩個重點：岩石、高溫。

國外的一個小伙看後馬上踏上了自己製造CPU的旅程。

小伙誇下海口，我能用石頭做！

從一顆石頭開始製作CPU，想法來自小伙對時代的思考：為什隨著高科技不斷湧現，我們卻失去了創造事物的能力？

但是CPU被稱為「世界上唯一無法山寨的東西」，製造過程代表當今世界科技發展的最高水平，製造過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、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試等基本步驟，真能被複刻出來？

且不論現在的納米級CPU，只要小伙能造出來，我就敬上一聲大佬！

但是到底是怎麼做的呢，似乎他真的想把我們教會。

第一步、從撿石頭開始。

第二步、砸石頭。

第三步、不停地砸，終於你將擁有一份 98% 濃度的二氧化硅。

這還不夠，還要提純，只有當硅被純化到純度為99.9999999％時，它才真正現出原形。

這是99.9%純度的二氧化硅，看上去像酸奶質地。

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。

但此時的硅錠還是多晶態形式，變成單晶態才能用。

下一步就是將多晶硅錠放入坩堝中，將硅錠加熱至 1698 °K。

隨後，小伙取出一顆單晶「種子」，把它浸到熔融硅的大桶中。

在這個過程中，多晶硅體圍著這顆單晶種生長，直到形成一個幾近完美的單晶硅。簡直就是「先富帶動後富」的典型啊！

隨後慢慢把晶體拉出來，等待冷卻後，一個純硅單晶出爐！噹噹噹噹~

看這擺盤！

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格的硅晶片，並將其劃分成多個細小的區域，每個區域都將成為一個CPU的內核。一般來說，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠製造的CPU成品就越多。

切割出的晶圓經過拋光後變得幾乎完美無瑕，已經能清晰地照出貓咪的樣子！

那麼現在，就有了最原始的新切割矽片。

之後再選擇性地用硼、磷或者其他摻雜劑摻雜。

小伙表示，為了省錢，打算再開一條生產線，在火柴上發揮想像力。

接下來，將開始最精細的第三階段：光刻

先在晶圓上塗上光阻(Photoresist)劑，然後取一個帶有所需電路圖案的鉻蝕刻石英掩模，用雷射束照射，將電路圖案投射到晶圓上。

此時，光罩產生的陰影位置將控制光刻膠在矽片表面發生化學變化的位置，當然，這取決於使用的是正性還是負性光阻劑。

然後，倒上顯影液。等待一會後再酸蝕晶片的暴露部分。

儘管小伙的步驟相當簡單，但是光刻的工作屬於晶片製造中最關鍵的一環！一言以蔽之，光刻目的即改變晶圓的區域導電狀態！

其中，蝕刻技術把對光的應用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來停止光照並移除遮罩，使用特定的化學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。

然後，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區域的導電狀態，以製造出N井或P井，結合上面製造的基片，CPU的閘電路就完成了。

這些工作完成後，就是無數次的重複操作：同質外延、異質外延、偽外延、擴散摻雜、銅互連層、化學機械拋光、光刻膠應用、酸蝕刻和光掩模曝光，從而在晶片上建立所需的特徵。

也就是長這樣–

光打過去，光線在穿過晶片內的透明氧化層時發生薄膜干涉和衍射，你看到的晶圓上的圖案，就來自嵌入晶片內的金屬互連層上的光反射。此時的晶圓還會閃耀著五彩斑斕的彩虹色，意味著現在你得到了一個完整的矽片！

要知道，CPU的所有魔法就發生在硅晶片表面的這層薄層中！厚度僅為微米量級，但其本身由許多納米量級的更小薄層組成。

然後，開始了第四階段：封裝

這些未封裝的矽片，要先定位硅晶片上的焊盤，並連接鍵合線。

這些小點就是電線連接點

終於，一塊可以使用的CPU製做完成！

顯然，製造一塊現代 CPU 的過程要比小伙演示的更複雜。其中有許多精密技術小伙甚至沒提到，比如光阻劑和顯影液的化學成分、濃度、在晶圓上構建特徵的方式等等。

這些都是大公司專利，不可能在 HackerNews 、Reddit 或者YouTube上搜得到。

但小伙說到，雖然業餘愛好者不太可能自己造出尖端的納米級晶片，但微米級的還是可行的。YouTube上另一小伙Sam Zeloof 確實試過。

YouTube地址：//www.youtube.com/c/SamZeloof/videos

最後，小伙不忘提醒大家，影片中的「光刻膠」和「顯影劑」只是彩色道具，真化學品可是相當危險，普通房子做實驗室根本不行，還得以安全第一。

影片結束，雖然小伙只是演示了一遍晶片製造流程，但還是要尊稱一聲大佬！因為在晶片之外，我們確實還有很多想要求解的問題：為什麼隨著高科技不斷湧現，我們卻失去了創造事物的能力？

但似乎，我們並沒有失去創造力，而是變得更加急功近利。伴隨著數字化生存，資訊供給遠遠超過資訊需求，人們渴求更快、更全面、更準確地處理資訊，「使用力」漸漸比「創造力」更加「有用」。

走向創造，意味著與時代大流背道。

此時，問及「是我們失去了創造能力」，還是「CPU剝奪了我們的創造能力」？你會如何作答？

參考資料：

雷鋒網雷鋒網