近日，大連理工大學(xué)化工學(xué)院的95位本科生彭譯鋒自制了一臺(tái)光刻機(jī)，引起了廣泛關(guān)注，雖不是相關(guān)媒體所述"納米級(jí)"，但是能做到75微米，這比他5月份更新的1厘米制程又提升了一個(gè)級(jí)別。誠(chéng)然重要的不是多少制程，業(yè)界看中的是他鉆研的精神，在科技領(lǐng)域探索的決心。

最有意義的評(píng)論來(lái)自一位在中芯國(guó)際工作的朋友：真希望學(xué)生時(shí)代的那種沖勁兒能延續(xù)到工作中，哈哈，這樣咱們也能做出EUV光刻機(jī)了。下面我們隨著這段西瓜視頻權(quán)威了解芯片的入門級(jí)制作指南，喜歡動(dòng)手的你可以行動(dòng)起來(lái)。

我們不講故事，談?wù)勅绾斡H手制造出一枚芯片，所謂芯片就是將可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)算或儲(chǔ)存等功能的電路，集成在一塊很小的硅片上，它誕生的過(guò)程分為設(shè)計(jì)、制造、封裝這三部，我們熟悉的高通、華為、海思和聯(lián)發(fā)科，他們都是做芯片設(shè)計(jì)的公司。

首先要進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)，我們明確好芯片的規(guī)格和功能號(hào)，先給出一張布滿"與門"、"非門"、"或門"等集成電路邏輯符號(hào)的邏輯設(shè)計(jì)圖，再根據(jù)邏輯圖設(shè)計(jì)電路元器件的布局給出電路圖，大概下面兩張圖這樣。

"如果完全看不懂這兩張圖不用怕，我們精心挑選了高等教育出版社出版的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，兩本書是和高中及以上學(xué)歷朋友從零學(xué)起。"西瓜視頻創(chuàng)作人"X科技實(shí)驗(yàn)室"打趣到

除了理論知識(shí)芯片設(shè)計(jì)還需要軟件支持，就像作圖、畫圖紙，需要PS和CAD等軟件一樣，邏輯圖和電路布局圖也并非是在紙上徒手作畫，而是需要使用軟件。如果涉及22納米以下制程工藝的芯片，就必須從三家總部在M國(guó)的公司購(gòu)買正版軟件，在軟件上最終會(huì)得到類似這樣的電路圖，然后將其制成一張光罩。

光罩的原理和作用類似于傳統(tǒng)照相機(jī)的底片，光線打過(guò)光罩后，我們就可以得到一層電路圖形。由于一枚芯片是由幾十層電路層層堆疊而成的三維結(jié)構(gòu)，所以就需要用幾十層光罩一一對(duì)應(yīng)。比如一張7納米制程的處理器芯片往往會(huì)需要80張以上的光罩。拿到光罩后，我們開(kāi)始自制芯片的第二步，制造臺(tái)積電的生意就集中在這一步。

制造的目的可以理解成是在一層層不同材質(zhì)的薄膜上刻出對(duì)應(yīng)的一層層電路的布線，這樣當(dāng)薄膜堆疊起來(lái)時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)電路圖上電路的功能，簡(jiǎn)化描述一下今天的制造過(guò)程。

首先在硅片上覆蓋一層薄膜，涂上光刻膠，然后用強(qiáng)光透過(guò)寫有電路圖的光罩打在光刻膠上，強(qiáng)光會(huì)破壞光刻膠的結(jié)構(gòu)，但光罩上被遮擋的部分，光刻膠不會(huì)被破壞，光罩也就拷貝到了光刻膠上。最后再?zèng)_蝕溶解掉沒(méi)有被光刻膠覆蓋的薄膜，以及剩下的光刻膠，晶圓上就只留下與電路圖形一模一樣的薄膜了。利用設(shè)計(jì)好的多層光罩不斷重復(fù)上述過(guò)程，最后最初的硅片就可以變成這樣一張布滿幾十個(gè)芯片的IC晶圓。

在了解芯片制造復(fù)雜流程的同時(shí)，還有一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，就是如何獲得所需的高品質(zhì)原材料和制造設(shè)備，比如制造環(huán)節(jié)最重要的光刻機(jī)去哪買？目前高端光刻機(jī)市場(chǎng)幾乎被荷蘭阿斯麥公司壟斷，他們2019年生產(chǎn)的26臺(tái)光刻機(jī)，約有一半被臺(tái)積電買走，每臺(tái)約1.2億美元。另外根據(jù)阿斯麥的客戶聯(lián)合投資專案，他們的客戶往往都是投資自己的股東，比如臺(tái)積電就在2012年以8.38億歐元獲得了阿斯麥5%的股權(quán)。

"但各位青年實(shí)業(yè)家不用因此灰心，因?yàn)樵絹?lái)越多的人才在關(guān)注光刻機(jī)，關(guān)注芯片制造，上文提到的彭譯鋒科普福斯的同時(shí)，也在光刻機(jī)上做了有益的探索。"西瓜視頻創(chuàng)作人如是說(shuō)。

采購(gòu)制造芯片還必須的幾樣原材料和設(shè)備。目前國(guó)產(chǎn)硅片良品率不夠，以及光刻膠等原材料還需要攻關(guān)和提升，化學(xué)拋光設(shè)備、沉淀設(shè)備等還需要進(jìn)一步研發(fā)?？上驳氖俏覀兊目涛g設(shè)備國(guó)產(chǎn)高端。

IC晶圓上有幾十張芯片，但看上去和拆開(kāi)手機(jī)后，我們看到的芯片還不太一樣，因?yàn)檫€差最后一步封裝。如果你拆過(guò)手機(jī)或電腦，可能對(duì)主板上這樣的小黑盒有印象，所謂封裝就是將IC晶圓上"剪"下來(lái)的芯片裝進(jìn)這個(gè)小黑盒的過(guò)程。

位于產(chǎn)業(yè)鏈末端的封裝相對(duì)來(lái)說(shuō)門檻和附加值較低，國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)在深耕這一領(lǐng)域，占據(jù)了相當(dāng)一部分市場(chǎng)份額，至此就講完了自制芯片的全部流程。

在各位親自動(dòng)手發(fā)家致富之前還要潑點(diǎn)冷水，目力所及我們見(jiàn)過(guò)的個(gè)人自制芯片最成功的是上述90后的那枚0.75微米工藝的芯片，作為對(duì)比華為P40系列使用的麒麟990芯片基于7納米工藝。目前國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)已經(jīng)研發(fā)成功了28nm，結(jié)合芯片新材料，未來(lái)可期。

可以說(shuō)最近30年的科技產(chǎn)業(yè)史，就是一部科技產(chǎn)業(yè)鏈分工合作不斷精細(xì)化的歷史。風(fēng)云際會(huì)，浪潮洶涌，當(dāng)中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)加速集成， 未來(lái)中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展將十分迅猛。

本文部分素材來(lái)源于西瓜視頻創(chuàng)作人"X科技實(shí)驗(yàn)室"：

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