第一步：弄些沙子

正如您可能已经猜到的那样，芯片制造商不会与JCB一起前往最近的海滩，也不会向本地建筑商的商人下达大宗订单。由于存在杂质，普通沙子和建筑业使用的沙子通常会染成红色，黄色或橙色。芯片制造商需要的是硅砂，通常可以通过采石获得硅砂。

硅砂也被称为二氧化硅，正如您毫无疑问地从名称中猜测的那样，它是硅和氧的混合物。为了获得硅，可通过将氧与碳混合并在电弧炉中将其加热到2,000摄氏度以上的温度来除去氧。在这些温度下，碳与氧发生反应，变成二氧化碳，并在炉膛底部留有纯硅炉子。然后用氧气对硅进行处理，以去除杂质，例如钙或铝，从而得到所谓的冶金级硅。纯度高达99％。

不幸的是，对于芯片制造商而言，这还远远不够满足微观微处理器的要求。因此，将冶金级硅进一步精炼，这一次是将其研磨成细粉，加入氯化氢，然后在流化床反应器中于300摄氏度下加热。这将产生一种称为三氯硅烷的液态硅化合物，并且还会产生氯化硅。不需要的元素，例如铁，铝，硼和磷。通过分馏将它们除去，并将三氯硅烷在1,000摄氏度的氢气中蒸发。电加热的超纯硅棒收集硅，其结果是电子级硅。其纯度：99.999999％。事实证明，这很容易。

步骤2：制作一些水晶

电子级硅仍然不是完美的，因为它具有多晶结构。这意味着它由许多小的硅晶体组成，这些晶体之间的连接处会遭受称为晶界的缺陷。这些边界会导致电子信号混乱，因此必须更改硅的结构。

这样做的过程称为切克劳斯基过程（Czochralski Process），它涉及在石英坩埚中以刚好超过1,414摄氏度的熔点熔化硅晶体。然后将一个微小的硅晶体浸入熔融的硅中，然后将其抽出。不断地以与坩埚旋转相反的方向旋转。这从坩埚中吸引了硅，形成了所谓的晶锭。晶棒是由单个硅晶体制成的棒，其大小取决于温度，自旋速率和从液体中拉出晶体的速率。典型的晶锭直径约为300mm。

步骤3：切割晶圆

现在将圆形硅棒切成薄片，然后将这些薄片切得尽可能薄，而又使其无法幸免于制造过程。用类似于鸡蛋切片机的装置切割棒，同时切割多个切片以产生0.775毫米厚的薄饼。钢丝不断移动并携带碳化硅浆，碳化硅浆与用于制造干湿砂纸的磨料相同。然后将晶片的锋利边缘弄平，以防止其碎裂。

下一步：研磨，使用研磨浆抛光晶片的表面，直到晶片平整到千分之二千毫米的公差为止。之后，用硝酸，氢氟酸和乙酸的混合物蚀刻晶片，以形成更平滑的表面。

步骤4：制作图案

现在将为超光滑的晶圆提供一个氧化层，该氧化层用于创建所需的电路特征。选择性地对特定区域执行此操作，并且可能涉及使用离子束，热气体和/或化学物质。

这种化学品曾经被称为“光致抗蚀剂”，它与用于制造胶卷的化学品大致相似。不幸的是，这不能很好地应对热气处理，因此需要对晶圆进行掩膜处理。这是通过施加图案化的氧化层来完成的，该层可以确保气体不会到达芯片设计人员想要保留的光致抗蚀剂位。

此过程最多可以包含六个步骤：

1）晶片在熔炉中加热到高温，当硅与氧反应时产生二氧化硅层

2）施加一层光刻胶，在真空中旋转晶圆，以确保覆盖均匀，然后烘烤干燥

3）通过晶片上的每个芯片或芯片簇一次，使晶片通过照相掩模或胶卷暴露于紫外光下。使用称为“步进器”的机器在每次曝光之间移动晶片

4）施加碱性溶液，溶解暴露在紫外线下的光刻胶部分。这些部分被冲走了

5）氢氟酸用于溶解已洗掉光致抗蚀剂的氧化层部分

6）施加溶剂以去除残留的光致抗蚀剂，从而留下所需电路特征形状的图案化氧化层

原标题： 沙子如何演变成光伏硅？