CPU芯片的制作過程

1、轉載自 21IC.com CPU是計算機的心臟，它是決定計算機性能的最重要的部件。同樣CPU也是現(xiàn)代社會飛速運轉的動力源泉，在任何電子設備上都可以找到微芯片的身 影。不過能完成復雜功能的CPU確是以沙子為原料做成的，不得不驚嘆于人類的智慧！Intel公布了大量圖文資料，詳細展示了從沙子到芯片的全過程，滿足 你的好奇心。 簡單地說，處理器的制造過程可以大致分為沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步里邊又包含更多細致的過程。 下邊就圖文結合，一步一步看看： = CPU制造：

2、第一階段圖文直播： 沙子：硅是地殼內第二豐富的元素，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，這也是半導體制造產(chǎn)業(yè)的基礎。  (原文件名:1.jpg) 引用圖片硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用于半導體制造質量的硅，學名電子級硅(EGS)，平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質原子。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)。  (原文件名:2.jpg) 引用圖片單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999。  (原文件名

3、:3.jpg) 引用圖片= CPU制造：第二階段圖文直播： 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，這下知道為什么晶圓都是圓形的了吧？  (原文件名:4.jpg) 引用圖片晶圓：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，比如現(xiàn)在主流的45nm HKMG(高K金屬柵極)。值得一提的是，Intel公司創(chuàng)立之初使用的晶圓尺寸只 有2英寸/50毫米。  (原文件名:5.jpg)

4、60;引用圖片= CPU制造：第三階段圖文直播： 光刻膠(Photo Resist)：圖中藍色部分就是在晶圓旋轉過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。  (原文件名:6.jpg) 引用圖片光刻一：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)生的化學反應類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩 模上印著預先設計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之 一。  (原文件名:7.jpg)&#

5、160;引用圖片光刻二：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。晶體管相當于開關，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。  (原文件名:8.jpg) 引用圖片= CPU制造：第四階段圖文直播： 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。  (原文件名:9.jpg) 引用圖片蝕刻：使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的部分。  (原

6、文件名:10.jpg) 引用圖片清除光刻膠：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計好的電路圖案。  (原文件名:11.jpg) 引用圖片= CPU制造：第五階段圖文直播： 光刻膠：再次澆上光刻膠(藍色部分)，然后光刻，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。  (原文件名:12.jpg) 引用圖片離子注入(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)域的硅的導電性。經(jīng)過電場加速后，

7、注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時。  (原文件名:13.jpg) 引用圖片清除光刻膠：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。  (原文件名:14.jpg) 引用圖片= CPU制造：第六階段圖文直播： 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。  (原文件名:15.jpg) 引用圖片電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會從正極(陽極)走向負極(陰極)。 

8、0;(原文件名:16.jpg) 引用圖片銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。  (原文件名:17.jpg) 引用圖片= CPU制造：第七階段圖文直播： 拋光：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面。  (原文件名:18.jpg) 引用圖片金屬層：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合互連金屬層，具體布局取決于相應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多層復雜的電路，放大之后可以看到極其復雜的電路網(wǎng)絡，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。  (原文件名:1

9、9.jpg) 引用圖片= CPU制造：第八階段圖文直播： 晶圓測試：內核級別，大約10毫米/0.5英寸。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。  (原文件名:20.jpg) 引用圖片晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內核(Die)。  (原文件名:21.jpg) 引用圖片丟棄瑕疵內核：晶圓級別。測試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內核被拋棄，留下完好的準備進入下一步。  (原文件名:22.jpg) 引用圖片= CPU制造：第九階段

10、圖文直播： 單個內核：內核級別。從晶圓上切割下來的單個內核，這里展示的是Core i7的核心。  (原文件名:23.jpg) 引用圖片封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內核、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)相當于一個底座，并為處理器內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)就是負責內核散熱的了。  (原文件名:24.jpg) 引用圖片處理器：至此就得到完整的處理器了(這里是一顆Core i7)。這種在世界上最干凈的房間里制造出來的最復雜的產(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鍵步驟。  (原文件名:25.jpg) 引用圖片= CPU制造：第十階段圖文直播： 等級測試：最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關鍵特性，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，還是低端型號Core i7-920。  (原文件名: