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追本溯源 ， 絕大多數的芯片是從沙子中來的 ， 沙子是如何經歷千辛萬苦搖身一變 ， 成為價格不菲的芯片呢？第一步：制作晶圓 ， 嚴格來說 ， 半導體的主要材料是硅元素 ， 硅元素在地球上的儲量僅次于氧元素 ， 硅元素是制作集成電路最優質的原材料 。 可以說 ， 沙漠這種能大量提供沙子的地方 ， 已經成為優質硅元素的重要來源 。
沙子的主要成分是二氧化硅 ， 而芯片制造要用到其中的硅元素 ， 也就是單晶硅 。 這一步需要將硅元素從沙子中提取出來 。 目前 ， 主要的提純手段是將沙子和焦煤放到1800℃的環境中 ， 二氧化硅還原成純度為98%的單質硅 ， 然后用氯化氫提純出99.99%的多晶硅 ， 接著進一步提純99.999999999%的單晶硅 。
目前 ， 制作硅錠的方法主要是直拉法 ， 高溫液體的硅元素中加入籽晶 ， 提供晶體生長的中心 ， 晶體慢慢向上提升 ， 同時以一定的速度繞著升軸旋轉 ， 單晶硅錠就這樣形成了 。 圓柱體的硅錠還不能用來制作芯片 ， 需要將硅錠切割成1mm厚的圓片 ， 也就是我們常說的晶圓 。 切割工具是“鉆石鋸” ， 價值連城啊 。 下圖顯示了已經切割完成的晶圓 ， 晶圓上還有一個缺口：第一是為了定出晶圓的方向 ， 第二 ， 為了運輸拆卸方便 。
切割出的晶圓表面不光滑 ， 需要仔細研磨 ， 打磨因切割造成的凹凸不平的表面 。 研磨后 ， 還需要用特殊的化學技術進行清洗 ， 最后拋光 ， 到了這一步 ， 晶圓才制作完成 。 前工程的主要流程是在晶圓上制作出帶有電路的芯片 ， 其中要用到光刻機 ， 世界上最先進的EUV光刻機 ， 只有荷蘭的ASML能夠生產 。
然后將光刻膠涂抹到晶圓上 ， 光刻膠是一種感光材料 ， 受到光線照射后會發生化學反應 。 將光刻膠滴到晶圓上 ， 通過高速旋轉均勻一致的覆蓋到晶圓上 ， 呈一層薄膜 。 接下來紫外線照射 ， 這一步進入光刻工藝 ， 需要用到光刻機 ， 是整個CPU制作環節 ， 最復雜、成本最高的 。 將紫外線通過預先設計好的電路圖案磨具 ， 照射到光刻膠上 ， 達到電路圖復制的目的 。
隨后是光刻膠溶解 ， 這一步主要是為了溶解經過紫外線照射的光刻膠 ， 未被照射的部分會完整保留下來 。 溶解后完成的晶圓經過沖洗、熱處理后進入下一個環節 。 然后 將晶圓放到特殊的蝕刻槽中 ， 通過藥劑的腐蝕作用 ， 將暴露在藥劑中的晶圓進行蝕刻 。 蝕刻完成后 ， 整個晶圓的首層電路圖就完成了 。 目前 ， 大多數的芯片晶體管采用了FINFET工藝 ， 單層處理可能無法做出所需要的圖案 ， 要經過多次的“涂膠-光刻-溶解” ， 才能獲得最終需要的3D晶體管結構 ， 如下圖所示 ， 顯示了一個晶體管的結構 。
蝕刻完成的晶圓 ， 不具備芯片所需的電氣特性 ， 需要強行將離子注入到晶圓內部 ， 用于控制內部導電類型 。 經過這一步 ， 晶圓內部的某些硅原子替換成了其他院子 ， 產生了自由電子和空穴的性能 。 接下來是絕緣層處理 ， 到了這一步 ， 晶體管的雛形基本完成 ， 利用氣相沉積法在硅晶圓的表面沉積一層氧化硅膜 ， 形成絕緣層 。 隨后沉淀銅層 ， 將銅均勻的沉積到絕緣層 ， 下一步可直接在銅層上布線 。 需要再次用到光刻機 ， 對銅層進行雕刻 ， 形成源極、漏極、柵極 。
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