半导体的制造工艺中的关键是什么？

（1）

硅的主要来源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来，换句话说就是要将硅还原出来，采用的方法是将二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸热）

（2）

上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质，称为冶金级硅，其纯度与半导体工业要求的相差甚远，因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热）

(3）

随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。

（4）

进行到目前为止，半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小，因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出：

探入晶体“种子”

长出了所谓的“肩部”

长出了所谓的“身体”

这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。

以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法（Czochralski process，也称为柴氏长晶法），此种方法因成本较低而被广泛采用，除此之外，还有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮动区法（floating zone process）都可以用来制造单晶硅。

近日，南大光电发布公告称，其承担的国家02专项ArF光刻胶项目取得重大进展，并且通过了专家组验收。目前已建成年产25吨的ArF光刻胶产业基地，可用于90nm-14nm，甚至7nm技术节点的集成电路制造工艺。

众所周知，光刻胶是芯片制造不可或缺的重要原料，是光刻机进行硅膜片曝光、设计图案印章的核心材料。ArF 光刻胶材料主要应用于高端芯片制造，目前我国在ArF、KrF光刻胶领域中的市场占比较少，全球大多数的光刻胶市场都被美国、日本垄断。

对于国产半导体行业来说，南大光电7纳米光刻胶的交付，具有十分重要的意义，一方面能够缓解我们在半导体领域中，特别是芯片代工领域中，被芯片原料卡脖子的难题；另一方面有助于加快我们在芯片代工领域中实现自给化目标的脚步。

需要注意的是，有关 7 纳米 ArF 光刻胶的应用，南大光电目前只是小规模投产，与之相关的生产线正在构建当中。在公告中，南大光电也表示，ArF 光刻胶的复杂性决定了其在稳定量产阶段仍然存在工艺上的诸多风险，不仅需要技术攻关，还需要在应用中进行工艺的改进、完善。

但不管怎么说，这次南大光电完成7纳米光刻胶的验证，对于自身，对于国产半导体行业来说是一件好事情。至少可以保证我们不会在光刻胶领域中被国外彻底卡住，相信只要坚持下去，假以时日，一切难题都会迎刃而解。

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