俄乌冲突告诉我们,能源和原材料才是硬通货。想要造出芯片,就需要晶圆,制作晶圆就需要硅锭,制作硅锭又需要单晶硅。那从什么物质当中能提取单晶硅呢?答案是沙子,准确的说是硅砂。
没想到吧!看起来平淡无奇的沙子,实际上是一种战略物资。天然砂主要包括硅砂及石英砂、土质砂和长石砂,但不包括人工制造的砂及粉。硅基本上都是氧化硅或者硅酸盐形式存在,极少以单质的形态出现。通常可以通过采石获得硅砂,将其经过还原、提纯、结晶等一系列复杂的工序之后,就可以将其中的二氧化硅变成单晶硅。
提取过程说起来容易,做起来难。芯片制造对硅材料纯度的要求极高,虽然硅的原材料来源于廉价的沙子,但是由于提纯工艺极其复杂,因此我们不能将100克高纯硅和一吨沙子的价 值划等号。
在单晶硅的制造过程中,原材料硅将被放入巨型石英熔炉之中熔化,然后向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。在这个过程中,不断对硅的熔浆进行搅拌,硅晶体将晶种团团围住,使其向同一个方向生长,直到纯度达到10万吨仅含1g杂质,才能算是一块合格的硅锭。
随后,将硅锭被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆,切割过程有点像是切薄薄的土豆片。晶圆才是最终用于制造芯片的材料,前面说的单晶硅,准确的说是制造晶圆的材料。一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的芯片成品就越多,晶圆的厚度一般不超过1毫米,直径可达12英寸,30厘米。
接下来晶圆将被打磨光滑,并被检查是否有变形或者其它问题。质量检查工作是十分重要的环节,直接关系着芯片的最终良品率。