CPU制造全過程
第1頁：由沙到晶圓，CPU誕生全過程
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??? 沙中含有25%的硅，是地殼中第二多元素，在經(jīng)過氧化之后就成為了二氧化硅，在沙，尤其是石英中二氧化硅的含量非常高，這就是制造半導(dǎo)體的基礎(chǔ)。
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??? 在采購原材料沙子后，將其中的硅進(jìn)行分離，多余的材料被廢棄，再經(jīng)過多個(gè)步驟進(jìn)行提純，以最終達(dá)到符合半導(dǎo)體制造的質(zhì)量，這就是所謂的電子級硅。它的純度是非常大的，每10億個(gè)硅原子中只有一個(gè)是不符合要求的。經(jīng)過凈化過程，硅進(jìn)入融化階段。在此圖片你可以看到一個(gè)大晶體硅的純凈融化時(shí)的狀態(tài)，由此產(chǎn)生的單晶體被稱為元寶。
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??? 一個(gè)被鑄成錠后的電子級硅的單晶體，重量大約為100千克，硅的純度達(dá)到了99.9999%。
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??? 鑄好錠后，將進(jìn)入切割階段，將整個(gè)錠切成一片一片的圓盤，也就是我們俗稱的晶圓，這樣求切割出來的是非常薄的，一個(gè)錠大概高5英尺，錠的直徑要根據(jù)對晶圓的需求來制定，今天的CPU需要300直徑的晶圓。
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??? 一旦切斷，晶圓就要進(jìn)行拋光，直至完美，表面如鏡面一樣光滑，Intel并不生產(chǎn)自己的錠和硅片，而是由第三方公司購買可隨時(shí)投入生產(chǎn)的晶圓。 Intel先進(jìn)的45nm High-K/Metal Gate晶圓直徑就為 300mm，當(dāng)Intel最早生產(chǎn)芯片時(shí)是在直徑50mm的晶圓上印刷電路，而今天在300mm的晶圓上印刷，以減少成本。
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??? 在上圖中，我們可以看到晶圓上有藍(lán)色液體，這是類似膠片拍照時(shí)的光阻劑，晶圓不停旋轉(zhuǎn)，以使其將液體均勻涂抹在晶圓上，并且涂層也是非常薄的。晶圓在此步驟進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以使涂層均勻分布。
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??? 在這一階段，晶圓完成暴露于紫外線下，以此來使涂抹在上面的薄膜材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就像照相時(shí)按下快門，影響就印在膠片上，這也是運(yùn)用了相似的原理。
??? 為了防止晶圓暴露在紫外線下變成可溶性的，因此使用了1個(gè)類似口罩的模具擋在前面，上面有設(shè)計(jì)好的各種電路，照射后這些電路就會想照片一樣被印在晶圓上。制造一個(gè)CPU基本上要重復(fù)這一過程，直到多層堆疊到頂部為止。
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?? 在上圖片中我們可以看到有代表性的單一晶體管，似乎我們能用肉眼看到它，晶體管作為開關(guān)控制一個(gè)計(jì)算機(jī)芯片內(nèi)電流的流動(dòng)。Intel的研究人員已經(jīng)研究出如此之小晶體管，他們聲稱大約1個(gè)針腳可以放30萬個(gè)晶體管。
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??? 在晶體管暴露在紫外線下后，光阻劑完全溶解，先試試吸附在晶體管上的面膜。
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??? 光阻層覆蓋的地方被保護(hù)起來不能被雕刻，而暴露的部分是可以的，也就是說需要在暴露的地方進(jìn)行雕刻，就像我們做手術(shù)時(shí)，蓋在身上的單子，露出皮膚的地方也就是需要做手術(shù)的部位。
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??? 雕刻后去掉光阻層，這時(shí)晶體管的形狀就可見了。
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??? 然后再重新涂上藍(lán)色的光阻劑（藍(lán)色）暴露在紫外線下，進(jìn)入下一步以前光阻層需要被洗刷，也叫做離子摻雜，這一過程就是讓離子微粒接觸到晶圓，從而使硅改變其化學(xué)性質(zhì)，讓CPU可以控制電流。
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??? 接下來的這個(gè)過程叫離子注入，也就是用離子轟擊暴露地區(qū)的硅片，用離子撞擊植入硅片的方式來改變這些地區(qū)硅的導(dǎo)電性，離子需要非常高速的撞擊到晶圓表面上，通過電場加速后的離子速度可以達(dá)到每小時(shí)30萬公里。
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??? 當(dāng)離子注入后，光阻層將被移除，綠色部分的材料會摻入晚來的原子。
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?? 這時(shí)晶體管是接近完成，晶體管洋紅色表面是保溫層，上面有三個(gè)洞，這三個(gè)洞將用來填補(bǔ)銅，以便連接到其他晶體管。
??? 在晶圓放入硫酸銅溶液這個(gè)階段，銅離子的沉積到晶體管，這個(gè)過程被稱為電鍍。游離的銅離子分別到晶圓的積極終端（陽極）和消極終端（陰極）。
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??? 之后，銅離子作為銅箔曾附著在晶圓表面。
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??? 多余的材料是被拋光掉，留下了非常薄的一層銅。
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??? 多金屬層是建立各種晶體管的互連，那么如何將建筑、設(shè)計(jì)和功能開發(fā)團(tuán)隊(duì)各自設(shè)計(jì)的晶體管有線的連接在一起呢？例如，Intel的Core ì7處理器。雖然電腦芯片看起來十分平坦，但實(shí)際上可能有超過20層，形成復(fù)雜的電路。如果你放大一個(gè)芯片，你會看到一個(gè)復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)線和晶體管，看起來像一個(gè)未來的、多層次的公路系統(tǒng)。?
??? 在這部分準(zhǔn)備將晶圓建立第一個(gè)功能測試，在這個(gè)階段的測試模式中輸入每個(gè)單芯片，并監(jiān)測比較芯片的反應(yīng)，從而得到“正確的答案”(反饋的正確信息)。
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??? 經(jīng)測試后，晶圓好的部分將被確定作為處理器單元，然后將晶圓切割成很多小片（稱為核心或者叫內(nèi)核）。

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??? 篩選核心的過程就是模具向晶圓進(jìn)行測試看回饋的是否是“正確答案”（應(yīng)該是某種測試參數(shù)），如果是，將繼續(xù)下一步，不合格的核心將被被丟棄，幾年前Intel還用壞掉的核心制作了鑰匙鏈。
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?? 這是一個(gè)被分離出來的的核心，由上一道工序切割而成，上圖顯示的是Intel Core i7處理器的核心。
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??? 綠色基板、模具（切割加工好的晶圓）以及散熱片放在一起形成一個(gè)完成的處理器，綠色基板（類似PCB）建立了處理器的電氣和機(jī)械接口，其他電腦系統(tǒng)互聯(lián)，銀色的是散熱片，也就是我們常見的處理器外面的金屬殼，在處理器運(yùn)行過程中提供散熱支持。
揭秘CPU誕生全過程（9）
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??? 微處理器是地球上制造的最復(fù)雜的產(chǎn)品，事實(shí)上，它需要數(shù)以百計(jì)的步驟，我們這里只列出了最重要的部分。
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??? 在最后要測試處理器，將檢驗(yàn)他們的主要特點(diǎn)（測試功耗和最高頻率） 。
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??? 基于測試的結(jié)果，將具有相同的能力的處理器歸屬一類，這一過程被稱為“分塊”過程，分級確定了處理器的最高工作頻率，根據(jù)穩(wěn)定性等規(guī)格制定價(jià)格。
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??? 生產(chǎn)和測試的處理器（在這里顯示的是Intel Core ì7處理器）要么分成散裝銷往系統(tǒng)制造商，要么分成盒裝在零售商店出售。
??? 當(dāng)你看完CPU的制作全過程，你是否認(rèn)為CPU的原點(diǎn)就是一堆沙子呢？希望這些資料能夠保住你對CPU有更多的了解。