晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，在硅晶片上可加工成各種電路元件結(jié)構(gòu)，成為有特定電性功能的芯片。由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。

硅晶圓的制造可歸納為三個(gè)基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長(zhǎng)、晶圓成型。

首先是硅提純，硅晶圓顧名思義材質(zhì)是硅，而硅源于你我熟知的沙子，沙子的主要成分是二氧化硅，放入一個(gè)溫度約為2000℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下碳和二氧化硅進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，得到純度為98%的硅，我們稱之為冶金級(jí)硅，但是這對(duì)微電子器件來說還不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對(duì)雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此要對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行進(jìn)一步的提純：將粉碎的冶金級(jí)硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，可以得到純度高達(dá)99.9999%的多晶硅，又稱為電子級(jí)硅。

接下來是單晶硅生長(zhǎng)，最常用的方法叫直拉法。高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400 ℃，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長(zhǎng)上去。因此所生長(zhǎng)的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長(zhǎng)成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。

用直拉法生長(zhǎng)后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。晶圓片是制作芯片所需要的底盤。

首先在晶圓上敷涂一種特殊的光刻膠，再將芯片設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)完成的包含數(shù)億乃至數(shù)十億個(gè)電路元件的芯片藍(lán)圖，制成掩膜片。掩膜片可以理解為一種特殊的投影底片，其中包含了芯片設(shè)計(jì)的藍(lán)圖。下一步就需要將掩膜中的藍(lán)圖轉(zhuǎn)印到晶圓上。性能越強(qiáng)悍的芯片，就需要在更小的晶片范圍內(nèi)放進(jìn)更多的電子元件。因此對(duì)投影的分辨率提出了更高的要求。這就好比是要畫出更加精細(xì)的圖紙，需要更細(xì)的筆尖。投影光源的波長(zhǎng)越短，所能投射出畫面的精度就越高，所以光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)不斷的追求更短、更精密，從436nm、365nm的近紫外（NUV）激光進(jìn)入到246nm、193nm的深紫外（DUV）激光，再到13.5nm的極紫外（EUV）激光，大大提升了光刻機(jī)的分辨率。目前只有最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，才能完成各設(shè)計(jì)公司的頂級(jí)的7nm和5nm芯片制造。

通常在一片晶圓上可以印刷成百上千個(gè)晶片，整個(gè)投影過程類似于光學(xué)中的凸透鏡成像原理，利用極紫外光將芯片的設(shè)計(jì)圖透過掩膜投影到晶圓的光刻膠上，光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，被光照射到的地方其溶解度會(huì)發(fā)生改變，經(jīng)過顯影液清洗后，便留下了光刻的芯片電路。然后再利用特制的化學(xué)藥水進(jìn)行蝕刻，溶解掉暴露出來的晶圓部分，剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該被蝕刻的部分。蝕刻完成后，清除全部的光刻膠，就得到各種縱橫交錯(cuò)的電路溝壑。

通過注入對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)離子的方式，在高溫下擴(kuò)散，直至滿足設(shè)計(jì)所需的導(dǎo)電性能，賦予晶體管的特性。要了解其晶體管特性，先弄清楚半導(dǎo)體PN結(jié)。

硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，半導(dǎo)體PN結(jié)就是把硅單質(zhì)中摻入P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，比如硼和磷。硼外圍有三個(gè)電子，比硅少一個(gè)電子，二者混合后就變成空穴導(dǎo)電型半導(dǎo)體；磷外圍有5個(gè)電子，比硅多一個(gè)電子，摻入后就變成電子型半導(dǎo)體。PN結(jié)的特點(diǎn)是當(dāng)我們外加電壓的時(shí)候，只有加在P區(qū)的電壓為正極，加在N區(qū)的電壓為負(fù)極的時(shí)候電流才會(huì)導(dǎo)通，反過來是不可以的。利用PN結(jié)這種單向?qū)щ娦灾圃斐鰜淼木w管，可以實(shí)現(xiàn)多種邏輯電路功能。

接下來是填充銅，以便和其他晶體管連接，然后在上面再涂一層光刻膠，重復(fù)上述過程，可以再做一層結(jié)構(gòu)。如此重復(fù)20~50遍，使得晶片有更加復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，內(nèi)部就像密集交織的超級(jí)城市。

用精細(xì)的切割器將芯片從晶圓上裁下，將裁下的芯片裸片（Die）放置到基片上，把管腳引出，然后固定封裝成一個(gè)整體。最后送往芯片測(cè)試部門，這里將會(huì)對(duì)芯片的制造工藝以及預(yù)期的性能進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試無誤后再將成品交付客戶使用，那些不合格的晶片將被作為電子垃圾。

通過以上介紹，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)芯片的制造過程需要大量精密的光學(xué)技術(shù)、材料技術(shù)以及精密加工技術(shù)，任何一個(gè)流程的疏漏都無法完成芯片的制造。