晶圆|这个美国高中生在车库里自己造出了芯片 intel

在自家车库造芯片？还用到光刻技术？先别吃惊，国外真有人这么干了，而且还是一名高中生。
美国小伙Sam Zeloof从高中开始就尝试自行研发芯片，Zeloof称他最开始是在油管上看到一位博主分享了自制晶体管的视频，很有兴趣，因此自己也开始收集制作芯片所需的原材料和二手设备，为芯片制造做准备。

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2018年4月，17岁的Zeloof发布了自己研发的第一代芯片Z1，Z1采用5微米PMOS（指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管）制程，虽然只有6个晶体管，但Z1对Zeloof而言更多是一块设备测试用芯片，当逐渐调试好设备和掌握了芯片的生产流程后，Zeloof未来的目标是制造出能达到英特尔历史上第一款处理器Intel 4004水平的芯片。
Zeloof表示他用第一个芯片做了一些很酷的项目，如LED闪光器，还有吉他的失真效果器，虽然它们的工作状态都不错，但问题也很明显，像是mosfet（一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管）的阈值电压很高，因此需要连接1-2个9伏的电池，Zeloof想在他的新一代芯片上解决这个问题。

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终于，今年Zeloof的新一代芯片Z2来了，他在其个人博客（http://sam.zeloof.xyz）上分享了其制作的升级版Z2芯片的全过程。
据其透露，Z2芯片采用10微米多晶硅栅极工艺并可容纳100个晶体管，这与Intel 4004处理器的技术相同，Z2芯片是一个简单的10×10晶体管阵列，用于测试、表征和调整过程，但这是向更先进的 DIY 计算机芯片迈出的一大步。

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Zeloof做了12个晶体管的阵列，因此整个硅片上集成了1200个晶体管，英特尔的第一款处理器Intel 4004也只有2000个晶体管，Zeloof表示产自“手工作坊”Z2芯片目前也达到了一个不错的复杂水平，毕竟他一个人干了上个世纪70年代英特尔一组人做的事情，Zeloof表示他很快就会制作更多有趣的电路。

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现在来看一下Zeloof是如何在自家车库“肝”出Z2芯片的。
Zeloof表示这款新芯片是通过多晶硅栅极工艺制造的，它的阈值电压仅为1伏左右，能在非常低的电压下良好的工作，同时，它的逻辑电压可以低至3.3伏到5伏，因此功耗更低，并且可以封装成更小的芯片。

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令人惊异的是，Z2芯片的第一道工序竟然是从PS中开始的，Zeloof表示他使用PS来做芯片设计的原因是PS相较于一些复杂的专业芯片设计软件使用起来更加方便。

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Z2芯片的制作首先通过200mm的晶圆开始，这些初始晶圆比较大，因此Zeloof首先用金刚石划片把晶圆切成了半英寸正方形的小块。

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Zeloof首先要做芯片的掺杂层，它能形成mosfet的源极和漏极，他把切好的晶圆放到自旋机上，然后在上面沉积光刻胶，只需要大概100微升光刻胶就能覆盖整个晶圆，然后以4000rpm的速度旋转30秒将多余的光刻胶旋出。

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随后将晶圆放在约95度的电热板上干燥1分钟用来除去剩下的溶剂，在溶剂干燥后会留下一层固态薄膜。

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然后将晶圆送入自制的无掩模光刻机中进行曝光，目的是将之前PS中的图像投影到芯片上，通过dlp投影仪把一些光学器件将图像缩小并投射至芯片。晶圆中心的蓝点是整个曝光场，它大约会持续9秒，当曝光一次结束后继续移动晶圆，以曝光其它区域。

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下一个步骤是显影。首先把晶圆放在一定百分比的氢氧化钾溶液中约一分钟，从而蚀刻掉暴露的光刻胶部分，接着用水洗去残留的显影剂，并用显微镜检查以确保一切正常，如果出现了问题可以把光刻胶层揭掉，然后用不同的曝光或显影时间再来一次。

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光刻的图像是在光刻胶层中形成的，下一步是要用蚀刻剂把图像转移到多晶硅层，因此暂时不需要光刻胶掩膜层，可以用丙酮将其剥离。