沙子是地壳较为丰富的物质，沙子中所含元素——硅，是地壳第二大组成元素，约占地壳总质量的25%，硅也是半导体制造业的基础。
重点看沙子，沙子是地球上非常丰富的物质
即便我们身边有如此之多的硅，但我国在半导体行业的生产能力远远不及西方发达国家，每年进口的芯片已达数万亿，高居进口产品榜首。
下面我们简单说说沙子是怎么一步步变成芯片的。
首先，得用碳将硅从沙子（大量含有二氧化硅）中提取出来，以氧化还原的方式，将二氧化硅转换成纯度 98% 以上的硅。
但纯度 98% 的硅还不能用于晶片制造，还需采取一些方法将硅进一步纯化。纯化之后，硅的纯度已达标，但是其内部原子排列混乱，无法做为晶片硅基。需要通过一些方法将硅做成单晶硅，实际上就是把非晶体硅或多晶硅转成为单个晶体的硅棒。
高纯度硅要制成单晶硅才能用做硅基材料
有一种叫做拉晶法的工艺，用来将非晶硅或多晶硅制成单晶硅。这种方法是将高纯度硅熔化为液体，然后用单晶硅种子和液体表面接触，一边旋转一边缓慢的向上拉起，得到的硅棒就是单晶硅。硅棒圆柱直径，就是所有晶圆厂生产的晶圆尺寸，比如8英寸晶圆、12英寸晶圆，直径越大，生产难度越高。
拉晶法硅棒制法示意
硅棒经过切割成硅片，抛光成镜面一般光洁的圆盘，就成了晶圆。这也是晶圆厂的产品——晶圆。英特尔最初制造芯片时晶圆直径仅2英寸（大概50mm）大小，现在晶圆已经达到12英寸，是当初的6倍大了。
硅棒切割为晶圆
在芯片工厂，晶圆被涂上一层非常薄的蓝色光刻胶涂层，这种涂层类似以前的底片，是一种光敏材料。涂过光刻胶的晶圆按设计样式在紫外光（UV）下曝光，光刻胶曝光后，变成可溶的物质。除去变成可溶的光刻胶，就得到一块像未蚀刻的PCB裸板，未被光照的光刻胶形成了一层掩膜，蚀刻液将没有掩膜的部分蚀刻掉一些，就成为了一块布满晶体管雏形的裸板。
光刻蚀刻过程示意
在蚀刻好的硅基上注入离子，离子注入在制程工艺中是“掺杂”的一种形式，是通过各种化学杂质离子轰击硅晶圆表面的曝光区域，改变对应区域内硅导电的方式。经过电场加速的高速离子束速度可超过30万千米每小时。离子注入完成后，光刻胶也将被清除，而被掺杂的材料（绿色部分）也被注入了外来原子。
离子注入过程
至此，晶体管基本完成。在此基础上，晶圆表面再涂上一层绝缘层（下图洋红色物质），并按设计蚀刻一些小孔。然后，晶圆会被放入硫酸铜溶液中，在表面电镀一层铜。
电镀过程示意
经过一层层的涂绝缘层、蚀刻、电镀、抛光，就得到了复杂的立体电路，而晶圆也被加工成了密布芯片单元的芯片板。
电路制作过程
一块密布芯片的晶圆
最后经过测试、切割、封装，一堆沙子就被制成了一块块价值高昂的芯片。
切割、测试、封装过程
本文图片和动画均由“老郭的封面”加工自网络。
