1、一顆CPU是怎樣被制造出來的?,-from Intel,1. 沙子,硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素. 而脫氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在. 這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。,2. 硅熔煉,12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造質(zhì)量的硅。 平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質(zhì)原子。 此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot)。,3. 單晶硅錠,整體基本呈圓柱形 重約100千克 硅純度99.9999。,4. 硅錠切割,橫向切割成圓形的單個硅片，也就是我們常說的晶圓(Wafer)。 順便說，這下知道

2、為什么晶圓都是圓形的了吧？,5. 晶圓,切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當(dāng)鏡子。 事實上，Intel 自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是從第三方半導(dǎo)體企業(yè)那里直接購買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進一步加工,6.光刻膠(Photo Resist),圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。 晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。,7.光刻一,光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。 掩模上印著預(yù)先設(shè)計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器 的每一

3、層電路圖案。,8.光刻二,由此進入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個處理器 ，不過從這里開始把視野縮小到其中一個上，展示如何制作晶體管等部件。 晶體管相當(dāng)于開關(guān)，控制著電流的方向?，F(xiàn)在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。,9. 溶解光刻膠,光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致,10. 蝕刻,使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著不應(yīng)該蝕刻的部分。,11. 清除光刻膠,蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后就可以看到設(shè)計好的電路圖案。,12. 光刻膠,再次澆上光刻膠(藍(lán)色部分)，然后光刻

4、，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那部分材料。,13. 離子注入(Ion Implantation),在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過電場加速后，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時。,14. 清除光刻膠,離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。,15.晶體管就緒,至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三 個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。,16. 電鍍,在晶圓上電

5、鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會從正極(陽極)走向負(fù)極(陰極)。,17.銅層,電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。,18.拋光,將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面。,19.金屬層,晶體管級別，六個晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層，具體布局取決于相應(yīng)處理器 所需要的不同功能性。芯片表面看起來異常平滑，但事實上可能包含20多層復(fù)雜的電路，放大之后可以看到極其復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。,20. 晶圓測試,圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進行對比。,21. 晶圓切片(Slici

6、ng),將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器 的內(nèi)核(Die),22. 丟棄瑕疵內(nèi)核,晶圓級別。測試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內(nèi)核被拋棄，留下完好的準(zhǔn)備進入下一步。,23. 單個內(nèi)核,內(nèi)核級別。從晶圓上切割下來的單個內(nèi)核，這里展示的是Core i7的核心,24.封裝,封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內(nèi)核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器 的樣子。襯底(綠色)相當(dāng)于一個底座，并為處理器 內(nèi)核提供電氣與機械界面，便于與PC系統(tǒng)的其它部分交互。散熱片(銀色)就是負(fù)責(zé)內(nèi)核散熱的了。,25. 處理器,至此就得到完整的處理器 了。這種在世界上最干凈的房間里制造出來的最復(fù)雜的產(chǎn)品實際上是經(jīng)過數(shù)百個步驟得來的，這里只是展示了其中的一些關(guān)鍵步驟。,26. 等級測試,最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器 的關(guān)鍵特性，比如最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器 的等級，比如適合做成最高端的Core i7-975 Extreme，還是