关于芯片材料，是硅还是二氧化硅，很多人可能还存在疑惑。今天，我们将详细解析从沙子到功能强大的集成电路芯片的过程。
首先，制造芯片的基本原料是硅。硅这种元素，实际上就存在于我们常见的沙子中。可能让人难以置信，那些价格昂贵、结构复杂、功能强大的芯片，其原料竟然来自看似一文不值的沙子。当然，这中间必须经历一个复杂的制造过程。
不过，并不是随便抓一把沙子就可以作为原料的，一定要精挑细选，从中提取出最纯净的硅原料才行。如果使用那些最廉价且储量充足的原料制成芯片，那么成品的质量将大打折扣，你也就无法使用像现在这样高性能的处理器了。
除去硅之外，制造芯片还需要一种重要的材料，那就是金属。目前，铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘汰。这是因为，在目前的芯片工作电压下，铝的电迁移特性要明显好于铜。
所谓电迁移问题，就是当大量电子流过一段导体时，导体物质原子受电子撞击而离开原有位置，留下空位。空位过多，会导致导体连线断开；而离开原位的原子停留在其他地方，会造成短路，从而影响芯片的逻辑功能，导致芯片无法使用。
在制造芯片的过程中，除了硅和金属之外，在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料，它们起着不同的作用。这里不再一一赘述。
在必备原材料的采集工作完毕之后，这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。作为最主要的原料，硅的处理工作至关重要。首先，硅原料要进行化学提纯，使其达到可供半导体工业使用的原料级别。然后，为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要，还必须将其整形，这一步是通过溶化硅原料，然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。
接下来，将原料进行高温溶化。我们知道，许多固体内部原子是晶体结构，硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求，整块硅原料必须高度纯净，也就是单晶硅。然后，从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出，此时一个圆柱体的硅锭就产生了。
目前，所使用的工艺来看，硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过，intel和其他一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下，增加横截面的面积是具有相当的难度的，不过只要企业肯投入大批资金来研究，还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂，耗费了大约35亿美元，新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高，功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。
接下来，我们从硅锭的切片开始，介绍芯片的制造过程。单晶硅锭在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后，下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要进行镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑，之后检查是否有扭曲或其他问题。这一步的质量检验尤为重要，它直接决定了成品芯片的质量。
新的切片中还需要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料，然后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙，彼此之间发生原子力的作用，从而使得硅原料具有半导体的特性。
今天的半导体制造多选择CMOS工艺（互补型金属氧化物半导体）。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。
多数情况下，切片被掺入化学物质而形成P型衬底，在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计，这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时，必须尽量限制pMOS型晶体管的出现，因为在制造过程的后期，需要将N型材料植入P型衬底当中，而这一过程会导致pMOS管的形成。
在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度、空气成分和加温时间，该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中，门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大小。
准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这个物质在干燥时具有很好的感光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并除去。
光刻蚀这是目前的芯片制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤。为什么这么说呢？光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕，由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量，而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步（每一步进行一层刻蚀）。
当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后移除光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在空缺位置的下方生成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料（因此称作金属氧化物半导体），多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀，所需的全部门电路就已经基本成型了。
然后，要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击，此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接，每个晶体管都有输入端和输出端，两端之间被称作端口。
重复这一过程——从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前使用的处理器的胚胎状态了。
在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接，而Athlon64使用了9层，所使用的层数取决于最初的版图设计，并不直接代表着最终产品的性能差异。
接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。然后，晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。
而后，整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中，那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装，这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。
在处理器成品完成之后，还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品，一些芯片的运行频率相对较高，于是打上高频率产品的名称和编号，而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造，打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。
而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷（这种缺陷足以导致绝大多数的芯片瘫痪），那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量，降低了性能，当然也就降低了产品的售价，这就是Celeron和Sempron的由来。
在芯片的包装过程完成之后，许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏，且产品完全遵照规格所述，没有偏差。
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