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第15章 十年手工,搓出第一块芯片

By 挖坑不管埋 · 1524 Words · 3 min read

晨光里,林辰攥着那块泛着银灰色光泽的高纯硅锭,指尖抚过冰凉光滑的表面,心里只有一个无比清晰的念头:干。

没有无尘车间,没有精密机床,没有光刻机,没有任何现代化工业设备。他有的,只有这颗星球上随处可见的矿石、泥土、木材,一双能无限自愈的手,脑子里解锁的完整技术说明书,还有整整十年,甚至更久的、用不完的时间。

芯片制造,是人类工业文明皇冠上的明珠,是上千道工序、无数尖端设备协同的极致成果。而林默要做的,是在这颗连电都没有的原始星球上,用一双手,把这上千道工序,从头走一遍。

第一道坎,就是硅料的终极提纯与单晶硅拉制。

之前炼出的高纯硅锭,只是起点。要做芯片,必须用晶格完美无缺的单晶硅,哪怕只有一个原子级的错位,整块晶棒都会彻底报废。林辰按照脑子里的说明书,在背风的山谷里建起了一座特制的提拉炉,炉体用耐火玄武岩一层层砌筑,保温层用了磨碎的石棉矿和火山灰,加热用的是提纯过的高热值木炭和助燃剂,能精准稳定住超过1400摄氏度的熔融温度。

没有自动温控系统,他就日夜守在炉边,靠着炉壁的颜色变化、硅液的翻涌状态,还有脑子里精准到个位数的温度参数,用自制的风阀一点点调整风量,控制炉温。没有自动提拉装置,他就用黄铜和硬木做了一套精密的蜗轮蜗杆结构,靠着手一点点转动摇柄,控制晶种的提拉速度和旋转频率,快一分不行,慢一分也不行。

第一次拉晶,炉温失控,硅液首接烧穿了炉底,整炉硅料全部报废。

第二次,晶种刚接触硅液就发生了晶格错位,拉出来的晶棒满是裂纹,一掰就碎。

第三次,提拉速度不稳,晶棒粗细不均,内部布满了气泡,完全无法使用。

一炉炉的硅料炼出来,又一炉炉地报废。山谷里的炉火,熄了又燃,燃了又熄,春去秋来,光是拉制出一根合格的单晶硅棒,他就用了整整两年,失败了三千多次。

当那根首径十厘米、长半米、晶格完美无缺的单晶硅棒,终于从炉子里取出来,在三颗月亮的光下泛着如同冰块般纯净的光泽时,林辰抱着那根沉甸甸的硅棒,坐在炉边,坐了整整一夜。

可这只是万里长征的第一步。

接下来,是晶圆切割与抛光。要把坚硬的单晶硅棒,切成厚度不到1毫米的圆形薄片,表面平整度要达到纳米级,不能有一丝划痕,不能有一点崩边,否则后续的光刻电路,会首接全部报废。

地球上用的是金刚石线锯,微米级的精度控制。而林辰,只能自己动手。他走遍了整座山脉,找到了硬度最高的金刚石碎粒,一点点镶嵌在薄钢片的边缘,做了一把长达两米的手工锯。又用玄武岩做了一套固定夹具,把硅棒牢牢固定住,靠着手臂的匀速摆动,一点点往下切。

手稍微抖一下,整片晶圆就会崩边报废;速度稍微快一点,硅片就会首接碎裂。最开始,他切十片,能完整留下来的,连一片都没有。山谷里堆满了碎裂的、崩边的、厚薄不均的废晶圆,像一座小小的山丘。

切出来的晶圆,还要经过三道粗磨、三道细磨、最终抛光,要磨到镜面级别,表面粗糙度小于0.1纳米,连一粒灰尘都不能有。没有抛光机,他就用平整的玄武岩磨盘,配上从溪流里淘洗出来的、最细的硅藻土磨料,用手按着晶圆,一圈圈地磨。

磨坏一片,就重来一片。手指被硅片划破无数次,磨料嵌进皮肉里,哪怕有自愈能力,指尖也留下了常年磨损的、厚厚的茧。光是把晶圆切好、磨到合格,他又用了整整三年,报废的晶圆超过了五万片。

当第一片完美无缺、能清晰照出自己瞳孔的晶圆,放在自制的无尘石盒里时,林默看着自己布满老茧、永远也洗不干净磨料的手,第一次对着空旷的山谷,发出了带着哭腔的笑。

最难的一关,还在后面——光刻。

芯片的核心,是晶圆上那数以亿计的晶体管,是纳米级的电路沟槽。地球上最先进的光刻机,能做到几纳米的制程,而林默要做的,哪怕是最基础的8微米制程,在没有任何精密设备的原始星球上,也无异于天方夜谭。

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