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第一步：弄些沙子

正如您可能已經(jīng)猜到的那樣，芯片制造商不會與JCB一起前往最近的海灘，也不會向本地建筑商的商人下達(dá)大宗訂單。由于存在雜質(zhì)，普通沙子和建筑業(yè)使用的沙子通常會染成紅色，黃色或橙色。芯片制造商需要的是硅砂，通?？梢酝ㄟ^采石獲得硅砂。

硅砂也被稱為二氧化硅，正如您毫無疑問地從名稱中猜測的那樣，它是硅和氧的混合物。為了獲得硅，可通過將氧與碳混合并在電弧爐中將其加熱到2,000攝氏度以上的溫度來除去氧。在這些溫度下，碳與氧發(fā)生反應(yīng)，變成二氧化碳，并在爐膛底部留有純硅爐子。然后用氧氣對硅進(jìn)行處理，以去除雜質(zhì)，例如鈣或鋁，從而得到所謂的冶金級硅。純度高達(dá)99％。

不幸的是，對于芯片制造商而言，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠滿足微觀微處理器的要求。因此，將冶金級硅進(jìn)一步精煉，這一次是將其研磨成細(xì)粉，加入氯化氫，然后在流化床反應(yīng)器中于300攝氏度下加熱。這將產(chǎn)生一種稱為三氯硅烷的液態(tài)硅化合物，并且還會產(chǎn)生氯化硅。不需要的元素，例如鐵，鋁，硼和磷。通過分餾將它們除去，并將三氯硅烷在1,000攝氏度的氫氣中蒸發(fā)。電加熱的超純硅棒收集硅，其結(jié)果是電子級硅。其純度：99.999999％。事實(shí)證明，這很容易。

步驟2：制作一些水晶

電子級硅仍然不是完美的，因?yàn)樗哂卸嗑ЫY(jié)構(gòu)。這意味著它由許多小的硅晶體組成，這些晶體之間的連接處會遭受稱為晶界的缺陷。這些邊界會導(dǎo)致電子信號混亂，因此必須更改硅的結(jié)構(gòu)。

這樣做的過程稱為切克勞斯基過程（Czochralski Process），它涉及在石英坩堝中以剛好超過1,414攝氏度的熔點(diǎn)熔化硅晶體。然后將一個微小的硅晶體浸入熔融的硅中，然后將其抽出。不斷地以與坩堝旋轉(zhuǎn)相反的方向旋轉(zhuǎn)。這從坩堝中吸引了硅，形成了所謂的晶錠。晶棒是由單個硅晶體制成的棒，其大小取決于溫度，自旋速率和從液體中拉出晶體的速率。典型的晶錠直徑約為300mm。

步驟3：切割晶圓

現(xiàn)在將圓形硅棒切成薄片，然后將這些薄片切得盡可能薄，而又使其無法幸免于制造過程。用類似于雞蛋切片機(jī)的裝置切割棒，同時(shí)切割多個切片以產(chǎn)生0.775毫米厚的薄餅。鋼絲不斷移動并攜帶碳化硅漿，碳化硅漿與用于制造干濕砂紙的磨料相同。然后將晶片的鋒利邊緣弄平，以防止其碎裂。

下一步：研磨，使用研磨漿拋光晶片的表面，直到晶片平整到千分之二千毫米的公差為止。之后，用硝酸，氫氟酸和乙酸的混合物蝕刻晶片，以形成更平滑的表面。

步驟4：制作圖案

現(xiàn)在將為超光滑的晶圓提供一個氧化層，該氧化層用于創(chuàng)建所需的電路特征。選擇性地對特定區(qū)域執(zhí)行此操作，并且可能涉及使用離子束，熱氣體和/或化學(xué)物質(zhì)。

這種化學(xué)品曾經(jīng)被稱為“光致抗蝕劑”，它與用于制造膠卷的化學(xué)品大致相似。不幸的是，這不能很好地應(yīng)對熱氣處理，因此需要對晶圓進(jìn)行掩膜處理。這是通過施加圖案化的氧化層來完成的，該層可以確保氣體不會到達(dá)芯片設(shè)計(jì)人員想要保留的光致抗蝕劑位。

此過程最多可以包含六個步驟：

1）晶片在熔爐中加熱到高溫，當(dāng)硅與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生二氧化硅層

2）施加一層光刻膠，在真空中旋轉(zhuǎn)晶圓，以確保覆蓋均勻，然后烘烤干燥

3）通過晶片上的每個芯片或芯片簇一次，使晶片通過照相掩?；蚰z卷暴露于紫外光下。使用稱為“步進(jìn)器”的機(jī)器在每次曝光之間移動晶片

4）施加堿性溶液，溶解暴露在紫外線下的光刻膠部分。這些部分被沖走了

5）氫氟酸用于溶解已洗掉光致抗蝕劑的氧化層部分

6）施加溶劑以去除殘留的光致抗蝕劑，從而留下所需電路特征形狀的圖案化氧化層

原標(biāo)題： 沙子如何演變成光伏硅？