《2019中國最具價值石英企業名錄》火熱征集中，聯系人：劉莉 18201667615（微信），張棟 13521444038（微信）

現代生活中，人們已被各種電子設備圍繞，手機、電腦、電視……那麼，這些電子設備是靠什麼運作的呢？

答案就是芯片！簡單來說，芯片之于電子設備的地位等同于發動機之于汽車，而制備芯片的原材料，就是最普通不過的石英砂。下面，我們就來看一看，石英砂是怎麼變成芯片的？

1.石英砂

矽是地殼内第二豐富的元素，而脫氧後的沙子（尤其是石英）最多包含25％的矽元素，以二氧化矽（SiO₂）的形式存在，這也是半導體制造産業的基礎。

2.矽熔煉

12英寸/300毫米晶圓級，通過多步淨化得到可用于半導體知道質量的矽，學名電子級矽（EGS），平均每一百萬個矽原子中最多隻有一個雜質原子。下圖展示的是如何通過矽淨化熔煉得到大晶體的，最後得到的就是矽錠（ingot）。

3.單晶矽錠

整體基本呈圓柱形，重約100千克，矽純度 99.9999％。

4.矽錠切割

橫向切割成圓形的單個矽片，也就是我們常說的晶圓 （Wafer）。順便說，這下知道為什麼晶圓都是圓形的了吧？

5.晶圓

切割出的是晶圓經過抛光後變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當鏡子。事實上，intel自己并不生産這種晶圓，而是從第三方半導體企業那裡直接購買成品，然後利用直接的生産線進一步加工，比如現在主流的45nm HKMG（高K金屬柵極）。值得一提的是，intel公司創立之初使用的晶圓尺寸隻有2英寸/50毫米。

6.光刻膠（Photo Resist）

下圖中藍色部分就是在晶圓旋轉過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。

光刻一：光刻膠層随後透過掩模（Mask）被曝光在紫外線（UV）之下，變得可溶，期間發生的化學反應類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印着預 先設計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。

光刻二：由此進入納米尺寸的晶體管級别。一塊晶圓上可以切割出數百個處理器，不過從這裡開始把視野縮小到其中一個上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當于開關，控制着電流的方向。現在的晶體管已經如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。

7.溶解光刻膠

光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除後留下的圖案和掩模上的一緻。

8.蝕刻

使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護着不應該蝕刻的部分。

9.清除光刻膠

蝕刻完成後，光刻膠的使命宣告完成，全部清除後就可以看到設計好的電路圖案。

10.光刻膠

再次澆上光刻膠（藍色部分），然後光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那部分材料。

11.離子注入（ion implantation）

在真空系統中，用經過加速的，要摻雜的院子的離子照射（注入）固體材料，從而在被注入的區域形成特殊的注入層，并改變這些區域的矽的導電性。經過電場加速後，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時。

12.清除光刻膠

離子注入完成後，光刻膠也被清除，而注入區域（綠色部分）也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經有所不同。

13.晶體管就緒

至此，晶體管已經基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。

14.電鍍

在晶圓上電鍍一層硫酸銅，将銅離子沉澱到晶體管上。銅離子會從正極走向負極。

15.銅層

電鍍完成後，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。

16.抛光

将多餘的銅抛光掉，也就是磨光晶圓表面。

17.金屬層

晶體管級别，留個晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成複合互連金屬層，具體布局取決于相應處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來異常平滑，但事實上可能包含20多層複雜的電路，放大之後可以看到極其複雜的電路網絡，形如未來派的多層高速公路系統。

18.晶圓測試

内核級别，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進行對比。

19.晶圓切片（Slicing）

晶圓級别，300毫米/12英寸。将晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的内核（Die）。

20.丢棄瑕疵内核

晶圓級别。測試過程中發現的有瑕疵的内核被抛棄，留下完好的準備進入下一步。

21.單個内核

内核級别。從晶圓上切割下來的單個内核，這裡展示的是Core i7的核心。

22.封裝

封裝級别，20毫米/1英寸。 襯底 、内核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。 襯底相當于一個底座，并為處理器内核提供電氣與機械界面，便于與PC系統的其它部分交互。 散熱片就是負責内核散熱的了。

23.處理器

至此就得到完整的處理器了（這裡是一顆Core i7）。這種在世界上最幹淨的房間裡制造出來的最複雜的産品實際上是經過數百個步驟得來的，這裡隻是展示了其中的一些關鍵步驟。

24.等級測試

最後一次測試，可以鑒别出每一顆處理器的關鍵特性，比如最高頻率、功耗、發熱量等，并決定處理器的等級，比如适合做成最高端的Core i7-975 Extreme，還是低端型号Core i7-920。

25.裝箱

根據等級測試結果将同樣級别的處理器放在一起裝運。制造、測試完畢的處理器要麼批量交付給OEM廠商，要麼放在包裝盒裡進入零售市場。

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