沙子變“黃金”! 圖示揭秘CPU制造全過(guò)程

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也是現代社會(huì )飛速運轉的動(dòng)力源泉，在任何電子設備上都可以找到微芯片的身影。不過(guò)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(lèi)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(guò)程，滿(mǎn)足你的好奇心。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，處理器的制造過(guò)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(guò)程。

下邊就圖文結合，一步一步看看：

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。

硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過(guò)多步凈化得到可用于半導體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電子級硅(EGS)，平均每一百萬(wàn)個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過(guò)硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot)。

單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。

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(gè)硅片，也就是我們常說(shuō)的晶圓(Wafer)。順便說(shuō)，這下知道為什么晶圓都是圓形的了吧？

晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過(guò)拋光后變得幾乎完美無(wú)瑕，表面甚至可以當鏡子。事實(shí)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(mǎi)成品，然后利用自己的生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)一步加工，比如現在主流的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。

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(guò)程中澆上去的光刻膠液體，類(lèi)似制作傳統膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。

光刻一：光刻膠層隨后透過(guò)掩模(Mask)被曝光在紫外線(xiàn)(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應類(lèi)似按下機械相機快門(mén)那一刻膠片的變化。掩模上印著(zhù)預先設計好的電路圖案，紫外線(xiàn)透過(guò)它照在光刻膠層上，就會(huì )形成微處理器的每一層電路圖案。一般來(lái)說(shuō)，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。

光刻二：由此進(jìn)入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數百個(gè)處理器，不過(guò)從這里開(kāi)始把視野縮小到其中一個(gè)上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當于開(kāi)關(guān)，控制著(zhù)電流的方向?，F在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個(gè)針頭上就能放下大約3000萬(wàn)個(gè)。

CPU制造：第四階段圖文直播：

溶解光刻膠：光刻過(guò)程中曝光在紫外線(xiàn)下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致。

蝕刻：使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來(lái)的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著(zhù)不應該蝕刻的部分。

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。

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(lái)保護不會(huì )離子注入的那部分材料。

離子注入(Ion Implantation)：在真空系統中，用經(jīng)過(guò)加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區域形成特殊的注入層，并改變這些區域的硅的導電性。經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，注入的離子流的速度可以超過(guò)30萬(wàn)千米每小時(shí)。

清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入區域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時(shí)候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。