CPU的生產流程

1、硅提純

生產(chan)CPU等(deng)芯片的材(cai)料(liao)是半導(dao)體，現階段主(zhu)要的材(cai)料(liao)是硅(gui)Si，這是一(yi)種(zhong)非(fei)金(jin)屬(shu)元(yuan)素，從化學的(de)(de)角度(du)來看，由于(yu)它處于(yu)元(yuan)素周期表中金(jin)屬(shu)元(yuan)素區(qu)與非(fei)金(jin)屬(shu)元(yuan)素區(qu)的(de)(de)交界(jie)處，所(suo)以具有半導(dao)體的(de)(de)性質，適合于(yu)制造(zao)各種(zhong)微小的(de)(de)晶體管，是目(mu)前最適宜于(yu)制造(zao)現代大規模集成電路的(de)(de)材料之一(yi)。

在硅提純的(de)過程中(zhong)，原材料硅將(jiang)被(bei)熔(rong)化，并放進(jin)一(yi)個巨(ju)大的(de)石(shi)英熔(rong)爐。這時向熔(rong)爐里(li)放入(ru)一(yi)顆(ke)晶(jing)種，以(yi)便硅晶(jing)體圍著這顆(ke)晶(jing)種生長(chang)，直到形成一(yi)個幾近完(wan)美的(de)單晶(jing)硅。以(yi)往的(de)硅錠的(de)直徑大都是200毫米，而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產。

2、切割晶圓

硅(gui)錠造出來(lai)了，并被整型(xing)成(cheng)一個完美(mei)的圓柱(zhu)體，接下來(lai)將被切割(ge)成(cheng)片(pian)狀，稱為晶(jing)圓。晶(jing)圓才被真正用(yong)于CPU的(de)(de)制造。所謂的(de)(de)“切割晶(jing)圓(yuan)”也就是用機器(qi)從單晶(jing)硅(gui)棒上切割下(xia)一片事先(xian)確定規格的(de)(de)硅(gui)晶(jing)片，并將其劃分成多個(ge)細小(xiao)的(de)(de)區(qu)域(yu)，每個(ge)區(qu)域(yu)都將成為(wei)一個(ge)CPU的(de)內核(Die)。一(yi)般(ban)來說，晶圓(yuan)切(qie)得越薄(bo)，相同量(liang)的(de)硅材料(liao)能夠制造的(de)CPU成品就越多。

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3、影印

在經(jing)過熱處理得到的硅氧化物(wu)層(ceng)上面涂敷一種光阻(Photoresist)物(wu)質(zhi)，紫外線(xian)通過(guo)印制著CPU復雜電路結(jie)構圖樣的模(mo)板照射(she)(she)硅(gui)基片，被紫外線照射(she)(she)的地(di)方光(guang)阻(zu)物質溶解。而為了避免讓不需要被曝(pu)光(guang)的區域也(ye)受到光(guang)的干擾(rao)，必須(xu)制作遮(zhe)罩(zhao)(zhao)來遮(zhe)蔽這些區域。這是個相當復雜的過程，每一個遮(zhe)罩(zhao)(zhao)的復雜程度得(de)用10GB數(shu)據來描述。

4、蝕刻

這是CPU生產(chan)過程(cheng)中重(zhong)要操作，也是CPU工(gong)業中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)重頭技術。蝕刻技術把對(dui)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)推向了極限。蝕刻使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)是波(bo)長(chang)(chang)很(hen)短的(de)(de)(de)(de)(de)紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)并(bing)配合(he)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)(de)鏡頭。短波(bo)長(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)將透過這些石英遮罩的(de)(de)(de)(de)(de)孔照(zhao)在光(guang)(guang)敏抗蝕膜(mo)上，使(shi)之曝光(guang)(guang)。接下來停止光(guang)(guang)照(zhao)并(bing)移(yi)除遮罩，使(shi)用(yong)(yong)(yong)特定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)化學(xue)溶液清洗掉被曝光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)敏抗蝕膜(mo)，以(yi)及在下面緊貼著抗蝕膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)一層硅。

然后，曝光的硅將(jiang)被原子轟(hong)擊，使得暴露的硅基片局部摻雜(za)，從而改變這些(xie)區域的導電狀態，以制(zhi)造出N井或P井(jing)，結合上面制造的基片，CPU的門電路(lu)就完成了(le)。

5、重復、分層

為加工新(xin)的一(yi)層電路(lu)，再次(ci)生長硅氧(yang)化物，然后沉積一(yi)層多(duo)晶硅，涂敷(fu)光(guang)阻物質(zhi)，重復影印、蝕刻過(guo)程，得到含多(duo)晶硅和(he)硅氧(yang)化物的溝槽結構。重復多(duo)遍，形成一(yi)個3D的結構，這(zhe)才(cai)是最終的CPU的(de)核(he)心。每幾層中間都要填上金屬作為導體。Intel的Pentium 4處理器有7層，而AMD的Athlon 64則達到了(le)9層。層數決定于設計時CPU的(de)布局，以(yi)及(ji)通(tong)過的(de)電流大小。

6、封裝

這時的CPU是一塊(kuai)塊(kuai)晶圓，它(ta)還不(bu)能直接被用戶使(shi)用，必須將它(ta)封(feng)入一個陶(tao)瓷的(de)或塑料的(de)封(feng)殼(ke)中，這樣它(ta)就可(ke)以很容易地裝在一塊(kuai)電路(lu)板(ban)上了(le)。封(feng)裝結構各有(you)不(bu)同，但越高級的(de)CPU封裝也越復雜，新(xin)的(de)(de)封裝往(wang)往(wang)能(neng)帶來芯片(pian)電氣性(xing)能(neng)和穩定性(xing)的(de)(de)提升，并能(neng)間接地(di)為主頻(pin)的(de)(de)提升提供堅(jian)實可靠的(de)(de)基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制造的重要環節(jie)，也是一塊CPU出(chu)廠前(qian)必要的考驗。這一(yi)步將測試晶圓的電氣性能，以檢查是(shi)否出(chu)了(le)什(shen)么差(cha)(cha)錯(cuo)，以及(ji)這些差(cha)(cha)錯(cuo)出(chu)現在哪個步驟(zou)（如果可(ke)能的話）。接下來(lai)，晶圓上的每個CPU核心都將(jiang)被(bei)分開測試。

由(you)于SRAM（靜態隨機存(cun)儲器(qi)，CPU中緩(huan)存(cun)的基本組成）結構復雜、密度高，所以緩(huan)存(cun)是CPU中(zhong)容易出問題的(de)部分，對(dui)緩(huan)存(cun)的(de)測試也是CPU測試(shi)中的重要部分。

每塊CPU將被(bei)進(jin)行完全(quan)測試，以檢驗其全(quan)部功能。某(mou)些CPU能夠在較高的(de)頻率(lv)下運行，所以被標上了較高的(de)頻率(lv)；而有(you)些(xie)CPU因為種種原因運(yun)行(xing)頻率較(jiao)低，所以被(bei)標上了較(jiao)低的頻率。最(zui)后，個別(bie)CPU可(ke)能存(cun)在(zai)某些(xie)功能上的缺陷，如果問題出(chu)在(zai)緩存(cun)上，制造商仍然可(ke)以屏蔽掉它的部分(fen)緩存(cun)，這意味著這塊CPU依然(ran)能夠出售，只是它可能是Celeron等低(di)端產品。

當CPU被放(fang)(fang)進(jin)(jin)包裝盒(he)之前(qian)，一(yi)般還(huan)要進(jin)(jin)行最(zui)后一(yi)次測試(shi)，以(yi)確(que)(que)保之前(qian)的(de)工作準(zhun)確(que)(que)無誤(wu)。根據(ju)前(qian)面確(que)(que)定的(de)最(zui)高運行頻率和緩存的(de)不(bu)同，它們被放(fang)(fang)進(jin)(jin)不(bu)同的(de)包裝，銷往世界各(ge)地(di)。