我們心愛的電腦中最重要組成部分——各種芯片的核心是以硅元素為基礎(chǔ)晶圓制造的，硅甚至被譽(yù)為“電之元素”，由此可見硅對(duì)電子工業(yè)的重要性。硅元素是世界上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，然而它對(duì)我們來說卻是既熟悉又陌生，究竟如何用硅制造出晶圓來的呢？
固有特性
眾所周知，硅（舊稱矽，英文名稱Silicon）是一種非金屬元素，位于元素周期表中第4主族，原子序數(shù)14，元素符號(hào)為Si，它的熔點(diǎn)為1410°C，沸點(diǎn)為2355°C。地殼含有的各元素中硅的含量高達(dá)26%，僅次于氧元素，硅常常以沙子或者石英等形式存在于地表及巖石中。對(duì)于芯片制造業(yè)和太陽(yáng)能電池工業(yè)來說，都需要極高純度的硅，而我們能從上述各種礦石（主要成分均為二氧化硅）中提煉出幾乎完全純凈的硅。硅看起來就是下圖這個(gè)樣子：
半導(dǎo)體
毫無疑問，硅元素的價(jià)值在于它是一種半導(dǎo)體——電導(dǎo)率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，并且電導(dǎo)率會(huì)隨著有無雜質(zhì)及溫度變化而顯著變化的一種物質(zhì)。除了硅之外，鍺、硒和氧化錫等均為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體有不同的種類，可分為空穴型半導(dǎo)體和電子型半導(dǎo)體，前者通過晶體中的空穴導(dǎo)電，后者和金屬一樣通過電子導(dǎo)電。
單晶硅的生產(chǎn)
（1）硅的主要來源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通過共價(jià)鍵連接在一起。因此需要將氧元素從二氧化硅中分離出來，換句話說就是要將硅還原出來，采用的方法是將二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在電弧爐中加熱至2100°C左右，這時(shí)碳就會(huì)將硅還原出來。化學(xué)反應(yīng)方程式為：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸熱）
（2）上一步驟中得到的硅中仍有大約2%的雜質(zhì)，稱為冶金級(jí)硅，其純度與半導(dǎo)體工業(yè)要求的相差甚遠(yuǎn)，因此還需要進(jìn)一步提純。方法則是在流化床反應(yīng)器中混合冶金級(jí)硅和氯化氫氣體，最后得到沸點(diǎn)僅有31°C的三氯化硅。化學(xué)反應(yīng)方程式為：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放熱）
（3）隨后將三氯化硅和氫氣的混合物蒸餾后再和加熱到1100°C的硅棒一起通過氣相沉積反應(yīng)爐中，從而除去氫氣，同時(shí)析出固態(tài)的硅，擊碎后便成為塊狀多晶硅。這樣就可以得到純度為99.9999999%的硅，換句話說，也就是平均十億個(gè)硅原子中才有一個(gè)雜質(zhì)原子。
（4）進(jìn)行到目前為止，半導(dǎo)體硅晶體對(duì)于芯片制造來說還是太小，因此需要把塊狀多晶硅放入坩堝內(nèi)加熱到1440°C以再次熔化，如下圖所示：
為了防止硅在高溫下被氧化，坩堝會(huì)被抽成真空并注入惰性氣體氬氣。之后用純度99.7%的鎢絲懸掛硅晶種探入熔融硅中，晶體成長(zhǎng)時(shí)，以2~20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速及3~10毫米/分鐘的速率緩慢從熔液中拉出：
這樣一段時(shí)間之后就會(huì)得到一根純度極高的硅晶棒，理論上最大直徑可達(dá)45厘米，最大長(zhǎng)度為3米。
以上所簡(jiǎn)述的硅晶棒制造方法被稱為切克勞斯法（Czochralski process，也稱為柴氏長(zhǎng)晶法），此種方法因成本較低而被廣泛采用，除此之外，還有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮動(dòng)區(qū)法（floating zone process）都可以用來制造單晶硅。
芯片成形
上面生產(chǎn)出的硅晶棒首先經(jīng)過打磨，然后用金剛石鋸切成大約1毫米厚的圓片，然后再經(jīng)過精細(xì)打磨、去除瑕疵的若干步驟就得到所謂的晶圓（Wafer），之后就要在晶圓上添入摻雜物以及用蝕刻法分層制造出電路，然后經(jīng)過分割、打磨、測(cè)試等若干步驟，最后將芯片用塑料、陶瓷等材料進(jìn)行封裝并引出鍍金引腳，再進(jìn)行測(cè)試等若干步驟，一顆芯片就面世了。
當(dāng)然，晶圓及芯片生產(chǎn)具體過程中很多細(xì)節(jié)及步驟并未提及，實(shí)際生產(chǎn)過程中遠(yuǎn)比以上所說的復(fù)雜，因此硅晶圓成品率及直徑等都是衡量一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的標(biāo)志之一。