硅片的制作主要方法(關(guān)于硅片制作的過(guò)程)
1.關(guān)于硅片制作的過(guò)程
硅片的等級：
MG-Si → SeG-Si → SoG-Si
提煉要經(jīng)過(guò)一下過(guò)程：
石英砂→冶金級硅→提煉和精煉→沉積多晶硅錠→單晶硅→硅片切割。
冶金級硅MG-Si
提煉硅的原始材料是SiO2，主要是砂成分，目前采用SiO2的結晶巖即石灰巖，在大型的電弧爐中用碳還原：SiO2+2C→Si+2CO
定期倒出爐，用氧氣、氧氯混合氣體提純，然后倒入淺槽在槽中凝固，隨后被搗成塊狀。
MG-Si提純?yōu)镾eG-Si
提煉標準方法為：西門(mén)子工。
MG-Si被轉變?yōu)閾]發(fā)性的化合物，接著(zhù)采用分餾的方法將其冷凝被提純。
工藝程序：用Hcl把細碎的MG-Si變成流體
使用催化劑加速反應進(jìn)行：Si+3Hcl→SiHcl3+H2
MG-Si →SiHcl3 硅膠工業(yè)原材料
為提取MG-Si可加熱混合氣體使SiHcl3 被H2還原，硅以細晶粒的多晶硅形成沉積到電加熱棒上如右：SiHcl3+H2 →Si+3Hcl
SeG-Si提純到SoG-Si
將SeG-Si多晶硅熔融，同時(shí)加入器件所需的微量參雜劑，通常采用硼（P型參雜劑）。
在溫度可以精細控制的情況下用籽晶能夠成熔融的硅中拉出大圓柱形的單晶硅棒。直徑過(guò)125cm長(cháng)度為1~2m。
手工錄入，忘采納，有追問(wèn)亦可。
2.多晶硅制造方法及步驟
多晶硅太陽(yáng)能電池制造工藝簡(jiǎn)述 關(guān)于光的吸收 對于光吸收主要是： （1）降低表面反射；（2）改變光在電池體內的路徑；（3）采用背面反射。
對于單晶硅，應用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結構，降低表面光反射。 但多晶硅晶向偏離（100）面，采用上面的方法無(wú)法作出均勻的絨面，目前大多采用下列方法： [1]激光刻槽：用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結構，在 500~900nm 光譜范圍內，反射率為 4~6%，與表面制作雙層減反射膜相當。
而在（100）面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為 11%。 用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層（ZnS/MgF2）電池的短路電流要提高 4%左右，這主要是長(cháng)波光（波長(cháng)大于 800nm）斜射進(jìn)入電池的原因。
激光制作絨面存在的問(wèn)題是在刻蝕中，表面造成損傷同時(shí)引入一些雜質(zhì)，要通過(guò)化學(xué)處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽(yáng)電池通常短路電流較高，但開(kāi)路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復合電流提高。
[2]化學(xué)刻槽：應用掩膜（Si3N4 或 SiO2）各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液， 該方法無(wú)法形成各向異性腐蝕所形成的那種尖錐狀結構。 據報道，該方法所形成的絨面對 700~1030 微米光譜范圍有明顯的減反射作用。
但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別對質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應用該工藝在 225cm2 的多晶硅上所作電池的轉換效率達到 16.4%。
掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。 [3]反應離子腐蝕 （RIE）：該方法為一種無(wú)掩膜腐蝕工藝， 所形成的絨面反射率特別低， 450~在 1000 微米光譜范圍的反射率可小于 2%。
僅從光學(xué)的角度來(lái)看，是一種理想的方法，但存在的問(wèn)題是硅表面損傷嚴重，電池的開(kāi)路電壓和填充因子出現下降。 [4]制作減反射膜層：對于高效太陽(yáng)電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍 ZnS/MgF2 雙層減反射 膜，其最佳厚度取決于下面氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍 Ta2O5, PECVD 沉積 Si3N3 等。
ZnO 導電膜也可作為減反材料。 金屬化技術(shù)在高效電池的制作中，金屬化電極必須與電池的設計參數，如表面摻雜濃度、PN 結深，金屬材料相匹配。
實(shí)驗室電池一般面積比較小（面積小于 4cm2），所以需要細金屬柵線(xiàn)（小于 10 微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝，但蒸發(fā)和光刻結合使用時(shí)，不屬于低成本工藝技術(shù)。
[1]電子束蒸發(fā)和電鍍：通常，應用正膠剝離工藝，蒸鍍 Ti/Pa/Ag 多層金屬電極，要減小金屬電極 所引起的串聯(lián)電阻，往往需要金屬層比較厚（8~10 微米）。缺點(diǎn)是電子束蒸發(fā)造成硅表面/鈍化 層介面損傷，使表面復合提高，因此，工藝中，采用短時(shí)蒸發(fā) Ti/Pa 層，在蒸發(fā)銀層的工藝。
另一個(gè)問(wèn)題是金屬與硅接觸面較大時(shí)，必將導致少子復合速度提高。 在這一工藝中，采用了隧道結接觸的方法，在硅和金屬成間形成一個(gè)較薄的氧化層（一般厚度為 20 微米左右）應用功函數較低的金屬（如鈦等）可在硅表面感應一個(gè)穩定的電子積累層（也可引入固定正電荷加深反型）。
另外一種方法是在鈍化層上開(kāi)出小窗口（小于 2 微米），再淀積較寬的金屬柵線(xiàn)（通常為 10 微米），形成 mushroom—like 狀電極，用該方法在 4cm2 Mc-Si 上電池的轉換效率達到 17.3%。目前，在機械 刻槽表面也運用了 Shallow angle (oblique)技術(shù)。
PN 結的形成技術(shù) [1]發(fā)射區形成和磷吸雜：對于高效太陽(yáng)能電池， 發(fā)射區的形成一般采用選擇擴散， 在金屬電極下方形成重雜質(zhì)區域而在電極間實(shí)現淺濃度擴散， 發(fā)射區的淺濃度擴散即增強了電池對藍光的響應，又使硅表面易于鈍化。擴散的方法有兩步擴散工藝、擴散加腐蝕工藝和掩埋擴散工藝。
目前采用選擇擴散，15*15cm2 電池轉換效率達到 16.4%,n++、n+區域的表面方塊電阻分別為 20Ω和 80Ω.對于 Mc—Si 材料， 擴磷吸雜對電池的影響得到廣泛的研究， 較長(cháng)時(shí)間的磷吸雜過(guò)程 （一般 3~ 4 小時(shí)），可使一些 Mc—Si 的少子擴散長(cháng)度提高兩個(gè)數量級。在對襯底濃度對吸雜效應的研究中發(fā)現，即便對高濃度的襯第材料，經(jīng)吸雜也能夠獲得較大的少， 子擴散長(cháng)度 （大于 200 微米） 電池的開(kāi)路電壓大于 638mv， 轉換效率超過(guò) 17%。
[2]背表面場(chǎng)的形成及鋁吸雜技術(shù)：在 Mc—Si 電池中，背 p+p 結由均勻擴散鋁或硼形成，硼源一般為 BN、BBr、APCVD SiO2:B2O8 等，鋁擴散為蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷鋁，800 度下燒結所完成，對鋁吸雜的作用也開(kāi)展了大量的研究，與磷擴散 吸雜不同，鋁吸雜在相對較低的溫度下進(jìn)行。其中體缺陷也參與了雜質(zhì)的溶解和沉積，而在較高溫度下，沉積的雜質(zhì)易于溶解進(jìn)入硅中，對 Mc—Si 產(chǎn)生不利的影響。
到目前為至，區域背場(chǎng)已應用于單晶硅電池工藝中，但在多晶硅中，還是應用全鋁背表面場(chǎng)結構。 多晶硅制造工藝根據生產(chǎn)原材料的不同，使用不同的設備，運用不同的生產(chǎn)工藝、方法制造多晶硅。
多晶硅制造工藝，目前主流的方法多是采用改良西門(mén)子工藝技術(shù)： 多晶硅是由硅。
3.太陽(yáng)能硅片制造的全過(guò)程
純凈的硅（Si）是從自然界中的石英礦石（主要成分二氧化硅）中提取出來(lái)的，分幾步反應：
1.二氧化硅和炭粉在高溫條件下反應，生成粗硅：
SiO2+2C==Si（粗）+2CO
2.粗硅和氯氣在高溫條件下反應生成氯化硅：
Si（粗）+2Cl2==SiCl4
3.氯化硅和氫氣在高溫條件下反應得到純凈硅：
SiCl4+2H2==Si（純）+4HCl
以上是硅的工業(yè)制法，在實(shí)驗室中可以用以下方法制得較純的硅：
1.將細砂粉（SiO2）和鎂粉混合加熱，制得粗硅：
SiO2+2Mg==2MgO+Si（粗）
2.這些粗硅中往往含有鎂，氧化鎂和硅化鎂，這些雜質(zhì)可以用鹽酸除去：
Mg+2HCl==MgCl2+H2
MgO+2HCl==MgCl2+H2O
Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4
3.過(guò)濾，濾渣即為純硅
4.太陽(yáng)能硅片的制造
制造太陽(yáng)能電池的硅片和其制造方法及裝置，該硅片是由低純度硅
底板和高純度硅層構成，高純度硅層是用熔融狀態(tài)的高純度硅的硅原子在低純度硅底板上結
晶凝固而成，可以大大提高硅片的高純度硅的利用率。并提供了六種硅片的制造方法及裝置，
分別是甩脫式硅片制造方法及裝置，傾斜式硅片制造方法及裝置，連續式硅片制造方法及裝
置，模鑄式硅片制造方法及裝置，豎立式硅片制造方法及裝置和滾涂式硅片制造方法和裝置。
超薄太陽(yáng)能級硅片本體為上、下兩平行平面組成的方形薄片，方形薄片四角為
四個(gè)相同的45°倒角，上、下兩平面的距離為165μm-195μm范圍，翹曲度
小于75μm，表面光潔、平整、無(wú)瑕疵。超薄太陽(yáng)能級硅片切割工藝是采用硅
晶棒開(kāi)方機將硅晶圓棒直接切割成截面為方形、四角為相同45°倒角的八角方
型柱體，切削余料為塊狀，可回爐再利用。還采用優(yōu)化切割工藝在多線(xiàn)切割機
上切割成超薄太陽(yáng)能級硅片，保證超薄太陽(yáng)能級硅片的制造質(zhì)量，提高生產(chǎn)效
率，降低了超薄太陽(yáng)能級硅片的制造成本。
在太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)的硅片處理過(guò)
程中，硅片可能會(huì )從載片籃中浮起。本實(shí)用新型包括對稱(chēng)設置的兩片放置
板，放置板上平行設置有多個(gè)放置槽，兩片放置板的一邊通過(guò)連接片連接、
另一邊通過(guò)連接條連接，形成方筐結構。每個(gè)放置板的兩個(gè)側邊開(kāi)有限位
條安裝口，限位條架設在兩片放置板上。所述的限位條為工字形，其四個(gè)
角與對應的放置板的安裝口活動(dòng)連接。本實(shí)用新型結構簡(jiǎn)單，限位條的設
置有效避免了硅片從載片籃中浮起的發(fā)生。
太陽(yáng)能電池硅片的傳
輸裝置，它包括兩個(gè)相同規格的支撐架，每一個(gè)支撐架都包括第一梯級和第二
梯級，第一梯級位于第二梯級的外側，第一梯級的高度比第二梯級的高度高。
該太陽(yáng)能電池硅片的傳輸裝置的優(yōu)點(diǎn)在于當硅片大小和形狀改變的情況下，不需要更換運輸裝置的任何部分，這樣可以省去了更換后的校準等工作。
5.硅片的工藝
切割線(xiàn)直徑
更細的切割線(xiàn)意味著(zhù)更低的截口損失，也就是說(shuō)同一個(gè)硅塊可以生產(chǎn)更多的硅片。然而，切割線(xiàn)更細更容易斷裂。
荷載
每次切割的總面積，等于硅片面積X每次切割的硅塊數量X每個(gè)硅塊所切割成的硅片數量 。
切割速度
切割臺通過(guò)切割線(xiàn)切割網(wǎng)的速度，這在很大程度上取決于切割線(xiàn)運動(dòng)速度，馬達功率和切割線(xiàn)拉力。
易于維護性
線(xiàn)鋸在切割之間需要更換切割線(xiàn)和研磨漿，維護的速度越快，總體的生產(chǎn)力就越高。
生產(chǎn)商必須平衡這些相關(guān)的因素使生產(chǎn)力達到最大化。更高的切割速度和更大的荷載將會(huì )加大切割切割線(xiàn)的拉力，增加切割線(xiàn)斷裂的風(fēng)險。由于同一硅塊上所有硅片是同時(shí)被切割的，只要有一條切割線(xiàn)斷裂，所有部分切割的硅片都不得不丟棄。 然而，使用更粗更牢固的切割線(xiàn)也并不可取，這會(huì )減少每次切割所生產(chǎn)的硅片數量，并增加硅原料的消耗量。
硅片厚度也是影響生產(chǎn)力的一個(gè)因素，因為它關(guān)系到每個(gè)硅塊所生產(chǎn)出的硅片數量。超薄的硅片給線(xiàn)鋸技術(shù)提出了額外的挑戰，因為其生產(chǎn)過(guò)程要困難得多。除了硅片的機械脆性以外，如果線(xiàn)鋸工藝沒(méi)有精密控制，細微的裂紋和彎曲都會(huì )對產(chǎn)品良率產(chǎn)生負面影響。超薄硅片線(xiàn)鋸系統必須可以對工藝線(xiàn)性、切割線(xiàn)速度和壓力、以及切割冷卻液進(jìn)行精密控制。
無(wú)論硅片的厚薄，晶體硅光伏電池制造商都對硅片的質(zhì)量提出了極高的要求。硅片不能有表面損傷（細微裂紋、線(xiàn)鋸印記），形貌缺陷（彎曲、凹凸、厚薄不均）要最小化，對額外后端處理如拋光等的要求也要降到最低。 現況
為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對于更低成本和更高生產(chǎn)力的要求，新一代線(xiàn)鋸必須提升切割速度，使用更長(cháng)的硅塊從而提高切割荷載。更細的切割線(xiàn)和更薄的硅片都提升了生產(chǎn)力，同時(shí)，先進(jìn)的工藝控制可以管理切割線(xiàn)拉力以此保持切割線(xiàn)的牢固性。
使用不止一組切割切割線(xiàn)是在保持速度的前提下提高機臺產(chǎn)量的一個(gè)創(chuàng )新方法。應用材料公司最新的MaxEdge 系統采用了獨特的兩組獨立控制的切割組件。
MaxEdge是業(yè)界第一個(gè)專(zhuān)門(mén)設計使用細切割線(xiàn)的線(xiàn)鋸系統 ，最低可達到80μm。相對于業(yè)界領(lǐng)先的應用材料公司HCT B5線(xiàn)鋸系統，這些改進(jìn)減少了硅料損失使產(chǎn)量提高多達50%。
更高生產(chǎn)力的線(xiàn)鋸系統在同樣的硅片產(chǎn)量下可以減少機臺數量。因此，制造商可以大幅降低設備、操作人員和維護的成本。
降低硅片的消耗量也就是直接降低了太陽(yáng)能電力的每瓦成本。
線(xiàn)鋸產(chǎn)品市場(chǎng)
硅片供應商和希望自己控制切片工藝的整合晶體硅光伏組件生產(chǎn)商都需要使用線(xiàn)鋸設備。單晶硅和多晶硅光伏技術(shù)都需要使用到它。
大多數光伏線(xiàn)鋸設備是硅片供應商購買(mǎi)的。他們一般生長(cháng)硅錠或者硅塊、將硅原料切合處理成硅片，最終銷(xiāo)售給光伏電池制造商用于制造電池。業(yè)界最成功的應用材料公司HCT B5線(xiàn)鋸系統的裝機量超過(guò)500臺，是光伏切片領(lǐng)域的標桿產(chǎn)品。
結論
在光伏領(lǐng)域，線(xiàn)鋸技術(shù)的進(jìn)步縮小了硅片厚度并降低了切割過(guò)程中的材料損耗，從而減少了太陽(yáng)能電力的硅材料消耗量。（因此，線(xiàn)鋸技術(shù)對于降低太陽(yáng)能每瓦成本并最終促使其達到電網(wǎng)平價(jià)起到了至關(guān)重要的作用。最新最先進(jìn)的線(xiàn)鋸技術(shù)帶來(lái)了很多創(chuàng )新，提高了生產(chǎn)力并通過(guò)更薄的硅片減少了硅材料的消耗。
6.請問(wèn)太陽(yáng)能電池（硅片）的生產(chǎn)工藝原理是怎樣的
太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造工藝 太陽(yáng)能電池片的生產(chǎn)工藝流程分為硅片檢測——表面制絨——擴散制結——去磷硅玻璃——等離子刻蝕——鍍減反射膜——絲網(wǎng)印刷——快速燒結等。
具體介紹如下： 一、硅片檢測 硅片是太陽(yáng)能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽(yáng)能電池片轉換效率的高低，因此需要對來(lái)料硅片進(jìn)行檢測。該工序主要用來(lái)對硅片的一些技術(shù)參數進(jìn)行在線(xiàn)測量，這些參數主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。
該組設備分自動(dòng)上下料、硅片傳輸、系統整合部分和四個(gè)檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進(jìn)行檢測，同時(shí)檢測硅片的尺寸和對角線(xiàn)等外觀(guān)參數；微裂紋檢測模塊用來(lái)檢測硅片的內部微裂紋；另外還有兩個(gè)檢測模組，其中一個(gè)在線(xiàn)測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類(lèi)型，另一個(gè)模塊用于檢測硅片的少子壽命。
在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線(xiàn)、微裂紋進(jìn)行檢測，并自動(dòng)剔除破損硅片。硅片檢測設備能夠自動(dòng)裝片和卸片，并且能夠將不合格品放到固定位置，從而提高檢測精度和效率。
二、表面制絨 單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬(wàn)個(gè)四面方錐體也即金字塔結構。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉換效率。
硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價(jià)的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來(lái)制備絨面硅，腐蝕溫度為70-85℃。
為了獲得均勻的絨面，還應在溶液中酌量添加醇類(lèi)如乙醇和異丙醇等作為絡(luò )合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進(jìn)行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20~25μm，在腐蝕絨面后，進(jìn)行一般的化學(xué)清洗。
經(jīng)過(guò)表面準備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應盡快擴散制結。 三、擴散制結 太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的PN結以實(shí)現光能到電能的轉換，而擴散爐即為制造太陽(yáng)能電池PN結的專(zhuān)用設備。
管式擴散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴散源。
把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內，在850---900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器，通過(guò)三氯氧磷和硅片進(jìn)行反應，得到磷原子。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過(guò)硅原子之間的空隙向硅片內部滲透擴散，形成了N型半導體和P型半導體的交界面，也就是PN結。
這種方法制出的PN結均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于百分之十，少子壽命可大于10ms。制造PN結是太陽(yáng)電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。
因為正是PN結的形成，才使電子和空穴在流動(dòng)后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導線(xiàn)將電流引出，就是直流電。 四、去磷硅玻璃 該工藝用于太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應生成可溶性的絡(luò )和物六氟硅酸，以去除擴散制結后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。
在擴散過(guò)程中，POCL3與O2反應生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應又生成SiO2和磷原子，這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱(chēng)之為磷硅玻璃。
去磷硅玻璃的設備一般由本體、清洗槽、伺服驅動(dòng)系統、機械臂、電氣控制系統和自動(dòng)配酸系統等部分組成，主要動(dòng)力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風(fēng)和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。
若氫氟酸過(guò)量，反應生成的四氟化硅會(huì )進(jìn)一步與氫氟酸反應生成可溶性的絡(luò )和物六氟硅酸。 五、等離子刻蝕 由于在擴散過(guò)程中，即使采用背靠背擴散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。
PN結的正面所收集到的光生電子會(huì )沿著(zhù)邊緣擴散有磷的區域流到PN結的背面，而造成短路。因此，必須對太陽(yáng)能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結。
通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。
等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團。活性反應基團由于擴散或者在電場(chǎng)作用下到達SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應，并形成揮發(fā)性的反應生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統抽出腔體。
六、鍍減反射膜 拋光硅表面的反射率為35%，為了減少表面反射，提高電池的轉換效率，需要沉積一層氮化硅減反射膜。現在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設備制備減反射膜。
PECVD即等離子增強型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。
一般情況下，使用這種等離子增強型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的。
7.芯片內的硅片到底是怎樣做的
如果問(wèn)及CPU的原料是什么，大家都會(huì )輕而易舉的給出答案—是硅。
這是不假，但硅又來(lái)自哪里呢？其實(shí)就是那些最不起眼的沙子。難以想象吧，價(jià)格昂貴，結構復雜，功能強大，充滿(mǎn)著(zhù)神秘感的CPU竟然來(lái)自那根本一文不值的沙子。
當然這中間必然要經(jīng)歷一個(gè)復雜的制造過(guò)程才行。不過(guò)不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細選，從中提取出最最純凈的硅原料才行。
試想一下，如果用那最最廉價(jià)而又儲量充足的原料做成CPU，那么成品的質(zhì)量會(huì )怎樣，你還能用上像現在這樣高性能的處理器嗎？ 除去硅之外，制造CPU還需要一種重要的材料就是金屬。目前為止，鋁已經(jīng)成為制作處理器內部配件的主要金屬材料，而銅則逐漸被淘汰，這是有一些原因的，在目前的CPU工作電壓下，鋁的電遷移特性要明顯好于銅。
所謂電遷移問(wèn)題，就是指當大量電子流過(guò)一段導體時(shí)，導體物質(zhì)原子受電子撞擊而離開(kāi)原有位置，留下空位，空位過(guò)多則會(huì )導致導體連線(xiàn)斷開(kāi)，而離開(kāi)原位的原子停留在其它位置，會(huì )造成其它地方的短路從而影響芯片的邏輯功能，進(jìn)而導致芯片無(wú)法使用。這就是許多Northwood Pentium 4換上SNDS（北木暴畢綜合癥）的原因，當發(fā)燒友們第一次給Northwood Pentium 4超頻就急于求成，大幅提高芯片電壓時(shí)，嚴重的電遷移問(wèn)題導致了CPU的癱瘓。
這就是intel首次嘗試銅互連技術(shù)的經(jīng)歷，它顯然需要一些改進(jìn)。不過(guò)另一方面講，應用銅互連技術(shù)可以減小芯片面積，同時(shí)由于銅導體的電阻更低，其上電流通過(guò)的速度也更快。
除了這兩樣主要的材料之外，在芯片的設計過(guò)程中還需要一些種類(lèi)的化學(xué)原料，它們起著(zhù)不同的作用，這里不再贅述。CPU制造的準備階段 在必備原材料的采集工作完畢之后，這些原材料中的一部分需要進(jìn)行一些預處理工作。
而作為最主要的原料，硅的處理工作至關(guān)重要。首先，硅原料要進(jìn)行化學(xué)提純，這一步驟使其達到可供半導體工業(yè)使用的原料級別。
而為了使這些硅原料能夠滿(mǎn)足集成電路制造的加工需要，還必須將其整形，這一步是通過(guò)溶化硅原料，然后將液態(tài)硅注入大型高溫石英容器而完成的。而后，將原料進(jìn)行高溫溶化。
中學(xué)化學(xué)課上我們學(xué)到過(guò)，許多固體內部原子是晶體結構，硅也是如此。為了達到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純凈，及單晶硅。
然后從高溫容器中采用旋轉拉伸的方式將硅原料取出，此時(shí)一個(gè)圓柱體的硅錠就產(chǎn)生了。從目前所使用的工藝來(lái)看，硅錠圓形橫截面的直徑為200毫米。
不過(guò)現在intel和其它一些公司已經(jīng)開(kāi)始使用300毫米直徑的硅錠了。在保留硅錠的各種特性不變的情況下增加橫截面的面積是具有相當的難度的，不過(guò)只要企業(yè)肯投入大批資金來(lái)研究，還是可以實(shí)現的。
intel為研制和生產(chǎn)300毫米硅錠而建立的工廠(chǎng)耗費了大約35億美元，新技術(shù)的成功使得intel可以制造復雜程度更高，功能更強大的集成電路芯片。而200毫米硅錠的工廠(chǎng)也耗費了15億美元。
下面就從硅錠的切片開(kāi)始介紹CPU的制造過(guò)程。在制成硅錠并確保其是一個(gè)絕對的圓柱體之后，下一個(gè)步驟就是將這個(gè)圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產(chǎn)的處理器芯片就更多。
切片還要鏡面精加工的處理來(lái)確保表面絕對光滑，之后檢查是否有扭曲或其它問(wèn)題。這一步的質(zhì)量檢驗尤為重要，它直接 決定了成品CPU的質(zhì)量。
新的切片中要摻入一些物質(zhì)而使之成為真正的半導體材料，而后在其上刻劃代表著(zhù)各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質(zhì)原子進(jìn)入硅原子之間的空隙，彼此之間發(fā)生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導體的特性。
今天的半導體制造多選擇CMOS工藝（互補型金屬氧化物半導體）。其中互補一詞表示半導體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。
而N和P在電子工藝中分別代表負極和正極。多數情況下，切片被摻入化學(xué)物質(zhì)而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來(lái)設計，這種類(lèi)型的晶體管空間利用率更高也更加節能。
同時(shí)在多數情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現，因為在制造過(guò)程的后期，需要將N型材料植入P型襯底當中，而這一過(guò)程會(huì )導致pMOS管的形成。 在摻入化學(xué)物質(zhì)的工作完成之后，標準的切片就完成了。
然后將每一個(gè)切片放入高溫爐中加熱，通過(guò)控制加溫時(shí)間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過(guò)密切監測溫度，空氣成分和加溫時(shí)間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。
在intel的90納米制造工藝中，門(mén)氧化物的寬度小到了驚人的5個(gè)原子厚度。這一層門(mén)電路也是晶體管門(mén)電路的一部分，晶體管門(mén)電路的作用是控制其間電子的流動(dòng)，通過(guò)對門(mén)電壓的控制，電子的流動(dòng)被嚴格控制，而不論輸入輸出端口電壓的大小。
準備工作的最后一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個(gè)感光層。這一層物質(zhì)用于同一層中的其它控制應用。
這層物質(zhì)在干燥時(shí)具有很好的感光效果，而且在光刻蝕過(guò)程結束之后，能夠通過(guò)化學(xué)方法將其溶解并除去。 光刻蝕 這是目前的CPU制造過(guò)程當中工藝非常復雜的一個(gè)步驟，為什么這么說(shuō)呢？光刻蝕過(guò)程就是使用一定波長(cháng)的光在感光層中刻出相應的刻痕， 由此改變該處材料的化學(xué)特性。
這項技術(shù)對于所用光的波長(cháng)要求極為嚴格，。
