一提到全球的科技中心，人們頭腦中立即跳出一個詞語，矽谷。那是因為，是矽這種地球上廣泛存在自然元素，奠定了現代晶片行業的基礎。回看晶片行業七十年的進化史，會發現，這也是一場矽元素的“異形重生”。從地殼中雜亂的礦石，到成為原子排列精準晶片晶原，每一步都像是蛻變破繭。對人類來說，則是一段用科學馴服野蠻生長的故事，沙粒雖小，卻無比堅硬，以二氧化矽的形式存在，第一步就是要提取純淨的矽。首先把二氧化矽含量豐滿的石英砂和炭類還原劑一起加熱到1600-1800℃，這時候的化學反應，會生成純度98-99%的粗矽。然後再通過三氯氫矽法即所謂的西門子法的核心工藝，又是各種化學反應，歷經再提純、精餾、還原三步，才能得到純度99.9999999%的晶片用多晶矽。雖然多晶矽純度達9個9，但是其內部原子排列仍然雜亂無章，無法實現穩定的電學控制。科技繼續開啟了多晶矽到單晶矽的異形重生。上世紀50年代初，這個奇妙之旅開始，名為“單晶矽的生長”。高純度多晶矽熔化後，用一根高純度的單晶矽“籽晶”緩慢與矽液接觸。神奇的事情發生了，矽液中的原子開始沿著籽晶的晶體結構整齊“列隊”，像遵循基因指令般，向上生長，逐漸凝固成圓柱形的單晶矽棒。這種被稱為直拉法生成的單晶矽棒，它讓矽原子實現整齊排列的晶體結構，重生的矽更可控了。正是用這種單晶矽棒切割出小矽片，製成人類第一個電晶體。早期的單晶矽棒直徑僅幾毫米，切割出的小矽片只能承載單個電晶體。隨著積體電路出現，要在一片矽上整合數十、數百個器件，矽又是時候要重生了。這次矽的形態升級，變大變強。單晶矽棒的製造尺寸從2英吋逐步升級到4英吋、6英吋，如今已是的12英吋，長度3米的大塊頭。而對大晶棒的切片需更加精密，先用金剛石鋸以微米精度切成薄片，再經過研磨拋光，讓表面粗糙度控制在0.1奈米以內，最終形成鏡面般的“晶圓”。這簡直是矽進化出的完美形態，純淨、平整、無瑕疵，鏡面般的表面精度，為後續奈米級蝕刻晶片打下牢固的基礎。回顧晶片70年，矽的重生最佳化也從未停止。進入21世紀，晶片製程向5奈米、3奈米、甚至到2奈米以下推進，所謂完美形態的晶圓面臨新的“生存挑戰”。晶圓的“純度再升級”，從9個9提升至11個9，進一步降低雜質含量，尺寸也在推進向上擴大，另一方面，晶圓不再侷限於平面，未來會有立體結構的異形晶圓。矽從一粒砂，到如今的先進晶圓，見證晶片七十年的風雲，每一次的“異形重生”持續蛻變，形態最佳化，都引領著晶片向前，未來的故事會更精彩。 (後知說)