刚入行半导体行业，很多知识需要系统的学习，想从入门通俗易懂的知识开始学起，于是在导师的帮助下，找到了这门课程，那就从这门课程开始打开我的半导体之旅吧。

我只是对视频内容的提炼，和自己的学习心得，详细还要看课程视频，这里附上原地址：
芯片制造详解-谈三圈 一个最会健身的芯片工程师。

第一课是一个导学片，可以宏观上认识一下目前国产芯片的困境，芯片生产的流程，着重讲解一下从沙子到晶圆的过程。

一、国产芯片的困境

难点在于制造，具体一点就是一系列关键设备和材料。包括但不限于光刻机、光刻胶、薄膜沉积设备、离子注入机等等。这些基本被国外大厂垄断的核心步骤。

二、简单梳理芯片制造流程

第一课的标题源自于intel(英特尔)的宣传视频，from sand to silicon the making of a chip–从沙子到硅芯片的制造。
这么说的原因是，目前主流的仍然是硅基芯片，硅和贵金属不同，较易获得。地壳中含量高达26.3%，地壳中元素含量前几名的元素是氧硅铝铁钙。氧和硅就组成了自然界中随处可见的沙子。主要成分是SiO₂，所以制造芯片的第一步就是把SiO₂转换为硅锭(silicon ingot),再经过提纯和直拉法，取出硅棒。然后对硅棒进行切割、研磨和抛光。片出一张张光盘形状的硅片(raw wafer),再送往晶圆厂通过光刻和蚀刻，雕刻出晶体管的物理结构。并通过离子注入和覆膜等手段，赋予其电特性。这样数以亿计的电子器件及其对应的逻辑电路在这些不断重复的工序中成型，成为一张晶圆上的数百枚芯片，最后将它们切割分离并进行封装测试，就完成了一个个芯片的制造。

三、概要图解各个步骤

1.硅基芯片起源于沙子(SiO₂)

2.SiO₂还原成硅锭

3.提纯和直拉法

4.切割研磨抛光

片出一张张光盘一样的硅片(raw wafer)

5.光刻和蚀刻

雕刻出晶体管的物理结构。

6.离子注入和覆膜

赋予电特性

形成逻辑电路

成为一张晶圆上的数百枚芯片。

7.切割分离封装测试

8.芯片诞生

四、具体过程——从沙子到硅棒

原料：不是工地上的河沙，而是硅含量更高的硅石，主要成分SiO2。

芯片的前世要经过三生三世，熔炼提拉。
提料步骤：硅石->硅锭->磨砂款硅棒（多晶硅）->镜面款硅棒(单晶硅)

（1）硅石->硅锭，使用坩埚(炼金器材,也称为矿热炉或者电弧电炉)提炼。主要材质是石墨(含C元素，是碳的一种同素异形体，熔点高达3800℃，膨胀系数小)

添加材料，碳、木屑。
主要反应：

次级反应：

这里埋个伏笔：碳化硅是第三代半导体：功率元器件的高端奢侈品

若SiO2含量较高，则SiC还能继续反应

主反应中的硅液经过冷凝，就得到相对纯洁的硅锭，这就是纯度98%~99%冶炼级工业硅。(其中杂质是铁和铝)

我国冶炼硅占全球产量65%（2019年数据）

（2） 硅锭->磨砂款硅棒（多晶硅），普遍做法：借助HCl气体提纯，西门子1955年开发，又称西门子法。主要反应：

杂质：FeCl3，AlCl3，SiCl4，通过气体不同的沸点，通过蒸馏塔对温度的控制，将SiHCl3分离(沸点最低)。

最后将SiHCl3还原Si

这个反应中，只有硅是固态，剩下都是液态。
此时硅纯度99.999 999 999 99%，此时的硅棒就被称为多晶硅(磨砂款)。
我国多晶硅占全球产量69.2%（2019年数据），主要用于光伏行业(太阳能组件和电池板)。

（3）磨砂款硅棒（多晶硅）->镜面款硅棒(单晶硅)，主流做法：柴可拉斯基法（Czochralski process），又称直拉法、提拉法。具体做法：在石英材质的坩埚中加热融化多晶硅，插入一小条单晶硅作为晶种，缓慢向上旋转提拉，最后得到硅棒的粗细、质量决于工作温度、旋转速度和提拉速度。​

其它方法还有区域熔炼法(浮袋法Floating-zone process)，是在多晶硅棒上套上一个环形加热器，创造一个狭小且可以平行移动的熔融区域。相当于将硅棒分段熔融再凝固。利用固相和液相和杂质差实现单晶硅的精炼和纯化。
优点：不适用坩埚，所以可以避免带入杂质。

提拉法也有自己的好处，可以在坩埚的溶液中掺杂其它物质，比如磷元素、硼元素等材料，生产出杂质半导体。

到这里由一粒沙子到硅棒的旅途就结束了。后续呢，就是对硅棒进行研磨、切割成薄片、抛光，就诞生了制作芯片的原材料——生产晶圆的硅片。

五、全球硅片市场分析

目前硅片市场主要被5家公司控制。
1.日本 信越化工
2.日本 胜高集团
3.中国台湾 环球晶圆
4.德国 世创
5.韩国 SK集团

这5家公司控制了全球90%的芯片供应。