沙子变"黄金"! 揭秘CPU制造全过程

[导读] CPU是计算机的心脏,它是决定计算机性能的最重要的部件。同样CPU也是现代社会飞速运转的动力源泉,在任何电子设备上都可以找到微芯片的身影。不过能完成复杂功能的CPU确是以沙子

CPU是计算机的心脏,它是决定计算机性能的最重要的部件。同样CPU也是现代社会飞速运转的动力源泉,在任何电子设备上都可以找到微芯片的身影。不过能完成复杂功能的CPU确是以沙子为原料做成的,不得不惊叹于人类的智慧!Intel公布了大量图文资料,详细展示了从沙子到芯片的全过程,满足你的好奇心。

简单地说,处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤,而且每一步里边又包含更多细致的过程。

下边就图文结合,一步一步看看:

沙子:硅是地壳内第二丰富的元素,而脱氧后的沙子(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,这也是半导体制造产业的基础。

硅熔炼:12英寸/300毫米晶圆级,下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅,学名电子级硅(EGS),平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的,最后得到的就是硅锭(Ingot)。

单晶硅锭:整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度99.9999%。

CPU制造:第二阶段图文直播:

硅锭切割:横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说,这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧?

晶圆:切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。事实上,Intel自己并不生产这种晶圆,而是从第三方半导体企业那里直接购买成品,然后利用自己的生产线进一步加工,比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。值得一提的是,Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。

CPU制造:第三阶段图文直播:

光刻胶(Photo Resist):图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体,类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。

光刻一:光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下,变得可溶,期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先

光刻二:由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器,不过从这里开始把视野缩小到其中一个上,展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当于开关,控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小,一个针头上就能放下大约3000万个。


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