【簡(jiǎn)介：】蘋(píng)果的A14芯片在85平方毫米的面積內(nèi)塞入了125億~150億顆晶體管，這就意味著每平方毫米的晶體管密度可望達(dá)到1.76億。如果等比例放大，可比北、上、廣、深任何一座城市的規(guī)模復(fù)雜
蘋(píng)果的A14芯片在85平方毫米的面積內(nèi)塞入了125億~150億顆晶體管，這就意味著每平方毫米的晶體管密度可望達(dá)到1.76億。如果等比例放大，可比北、上、廣、深任何一座城市的規(guī)模復(fù)雜得多得多。
不要試圖用傳統(tǒng)的辦法一顆一顆的焊接這些相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑10萬(wàn)分之一大小的晶體管，因?yàn)楦静豢赡埽描囎訆A一顆晶體管跟夾空氣沒(méi)有任何區(qū)別，更別說(shuō)用烙鐵將晶體管準(zhǔn)確的焊接在已納米計(jì)算的位置上。
目前普通人手工能操作的最小尺度應(yīng)該是在一粒寬約1毫米、長(zhǎng)約3毫米的米上刻字。當(dāng)然借助超高精度的機(jī)床操作，精度可以達(dá)到0.01~0.001微米，這種極限精度對(duì)于操縱一顆晶體管還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
晶體管其實(shí)并不是焊上去的，而是通過(guò)光刻出來(lái)的沒(méi)錯(cuò)就是用光來(lái)做刻刀，原理就像我們?cè)谏碁┥蠒裉?yáng)，暴曬一段時(shí)間后，陽(yáng)光能照射到的皮膚呈現(xiàn)深色，而經(jīng)過(guò)遮擋的皮膚陽(yáng)光無(wú)法照射呈現(xiàn)淺色，這樣一幅具象的圖案就顯現(xiàn)出來(lái)了。
首先需要一塊純度99.%（小數(shù)點(diǎn)后面12個(gè)9）的高純度晶圓做地基。這樣晶體管和銅導(dǎo)線才能夯實(shí)得各歸其位。
光源是直接決定單位面積內(nèi)能容納多少晶體管的決定性因素之一。芯片想要做得越小、在單位面積內(nèi)容納更多的晶體管，使用更短波長(zhǎng)的光源是最直接的手段。ASML的極紫外光刻機(jī)（EUV）是以10~14納米的極紫外光作為光源。
設(shè)計(jì)好的芯片圖紙會(huì)被制作成一層一層的光罩，一般一塊芯片是由幾十層電路組成，而每一層電路都需要一個(gè)光罩。
萬(wàn)事俱備只欠東風(fēng)，晶圓加熱表面形成氧化膜后，讓光透過(guò)光罩射到涂了光刻膠的晶圓上。被光罩上的電路圖擋住光的部分留下，而被光照到的光刻膠遇光就會(huì)起反應(yīng)，容易會(huì)被化學(xué)腐蝕反應(yīng)分解出去，或者用等離子體轟擊晶圓表面的方式去除沒(méi)有被光覆蓋的位置，一層電路就這樣刻在晶圓上了。
不需要的光刻膠除去之后，在露出的晶片內(nèi)注入使晶體管能高效工作的雜質(zhì)物質(zhì)，從而制作出半導(dǎo)體元器件。注入后的半導(dǎo)體放在一定溫度下進(jìn)行加熱就可以恢復(fù)晶體的結(jié)構(gòu)，消除缺陷從而激活半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能。重復(fù)以上的步驟就可以形成多層電子回路。
多層電子回路之間是通過(guò)氣相沉積、電鍍的方式形成絕緣層和金屬連線，而電鍍用于生長(zhǎng)銅連線金屬層。
已經(jīng)制作好的晶圓在經(jīng)過(guò)化學(xué)腐蝕、機(jī)械研磨相結(jié)合的方式對(duì)晶圓表面進(jìn)行磨拋，實(shí)現(xiàn)表面平坦化。然后再進(jìn)行切片、封裝、檢測(cè)就做成了一塊完整的芯片。
芯片制造的原理看似簡(jiǎn)單，但每一步都屬于挑戰(zhàn)極限從沙子轉(zhuǎn)變成可以制作芯片99.%的高純度晶圓，難度可想而知，就連如今使用的極紫外光光源都是費(fèi)了九牛二虎之力才有所突破，而光刻膠就有幾千種。這些都還不是極限難度，極限難度在于如何將電路一層一層的刻畫(huà)到晶圓上，同時(shí)又保持晶體管和電路的涇渭分明，在納米尺度上保持多層光刻電路對(duì)齊。
在整個(gè)世界范圍內(nèi)能組裝光刻機(jī)的鳳毛麟角，AMSL更是壟斷了高端光刻機(jī)市場(chǎng)，至今無(wú)人能望其項(xiàng)背。其中能造7nm以下工藝的極紫外光刻機(jī)EUV重達(dá)180噸，擁有超過(guò)10萬(wàn)個(gè)零部件，90%的關(guān)鍵設(shè)備來(lái)自外國(guó)而非荷蘭本國(guó)，ASML作為整機(jī)公司，實(shí)質(zhì)上只負(fù)責(zé)光刻機(jī)設(shè)計(jì)與集成各模塊，需要全而精的上游產(chǎn)業(yè)鏈作堅(jiān)實(shí)支撐。通俗一些講：就算給你EUV完整的圖紙和配件，也很難調(diào)試出光刻芯片的精度。
芯片制造這件事，需要一整個(gè)完善的產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)支撐。對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō)任重而道遠(yuǎn)，對(duì)于國(guó)外的封鎖，只能一步一個(gè)腳印，沒(méi)有它法。
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