CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等芯片的材(cai)(cai)料(liao)(liao)是半導體，現階段主要的材(cai)(cai)料(liao)(liao)是硅Si，這是(shi)一種非(fei)金屬元素，從化學的角(jiao)度來看，由于它處于元素周期(qi)表中金屬元素區與非(fei)金屬元素區的交界處，所以具有半導體的性質(zhi)，適合(he)于制(zhi)(zhi)造各種微小的晶體管，是(shi)目(mu)前最(zui)適宜(yi)于制(zhi)(zhi)造現代大規模集成電路的材料之一。

在硅提純的(de)過程(cheng)中，原材料硅將被熔(rong)化，并放進一個(ge)(ge)巨大的(de)石英熔(rong)爐。這時向熔(rong)爐里放入一顆晶(jing)種(zhong)，以(yi)便硅晶(jing)體(ti)圍(wei)著這顆晶(jing)種(zhong)生長，直到形(xing)成一個(ge)(ge)幾近完(wan)美的(de)單晶(jing)硅。以(yi)往的(de)硅錠(ding)的(de)直徑大都是200毫米，而CPU廠商正在增(zeng)加(jia)300毫米晶圓的生產。

2、切割晶圓

硅錠造出來了，并被整型成一(yi)個完(wan)美(mei)的(de)圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱(cheng)為(wei)晶(jing)圓。晶(jing)圓才被真正(zheng)用于CPU的(de)(de)制造。所謂的(de)(de)“切(qie)割晶圓”也(ye)就(jiu)是用機器從單晶硅棒(bang)上(shang)切(qie)割下一(yi)片(pian)事先確定(ding)規格的(de)(de)硅晶片(pian)，并將其劃分(fen)成多(duo)個(ge)細(xi)小的(de)(de)區域，每個(ge)區域都將成為(wei)一(yi)個(ge)CPU的(de)內核(he)(Die)。一般來說，晶圓切得越(yue)薄(bo)，相同(tong)量(liang)的硅材料能(neng)夠制(zhi)造的CPU成品(pin)就越多(duo)。

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3、影印

在經(jing)過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻(zu)(Photoresist)物質，紫外線通(tong)過印(yin)制著CPU復(fu)雜(za)電路結構圖(tu)樣的(de)(de)模板照射(she)硅基(ji)片，被(bei)紫外線照射(she)的(de)(de)地方光(guang)阻物(wu)質(zhi)溶解(jie)。而為了避免讓(rang)不需(xu)要被(bei)曝光(guang)的(de)(de)區(qu)域也受到光(guang)的(de)(de)干擾，必(bi)須(xu)制作遮(zhe)罩(zhao)來遮(zhe)蔽這(zhe)些區(qu)域。這(zhe)是(shi)個(ge)相當復(fu)雜(za)的(de)(de)過(guo)程，每一個(ge)遮(zhe)罩(zhao)的(de)(de)復(fu)雜(za)程度得用10GB數據(ju)來描述。

4、蝕刻

這是CPU生產過程(cheng)中重要操作(zuo)，也是CPU工業中的(de)(de)重(zhong)頭(tou)技術(shu)。蝕(shi)刻技術(shu)把對光(guang)的(de)(de)應用推(tui)向了極限(xian)。蝕(shi)刻使(shi)用的(de)(de)是波長很短的(de)(de)紫外光(guang)并(bing)配(pei)合很大的(de)(de)鏡(jing)頭(tou)。短波長的(de)(de)光(guang)將(jiang)透(tou)過這些石英遮罩的(de)(de)孔照在(zai)光(guang)敏抗蝕(shi)膜上，使(shi)之(zhi)曝光(guang)。接下來(lai)停(ting)止光(guang)照并(bing)移除遮罩，使(shi)用特(te)定的(de)(de)化(hua)學溶液清洗掉被曝光(guang)的(de)(de)光(guang)敏抗蝕(shi)膜，以及在(zai)下面緊貼著(zhu)抗蝕(shi)膜的(de)(de)一層(ceng)硅。

然后，曝光(guang)的硅將被(bei)原子轟擊，使得暴(bao)露的硅基片(pian)局部摻雜，從而改(gai)變這(zhe)些(xie)區域的導電狀(zhuang)態(tai)，以制(zhi)造出N井或P井(jing)，結(jie)合上面制造的基片，CPU的門電路就完成了。

5、重復、分層

為加工新的一層電路，再次生長(chang)硅氧化物(wu)，然后沉積一層多晶(jing)硅，涂敷光阻物(wu)質，重(zhong)復(fu)影(ying)印、蝕刻(ke)過程，得(de)到含(han)多晶(jing)硅和(he)硅氧化物(wu)的溝槽結構。重(zhong)復(fu)多遍，形(xing)成(cheng)一個3D的結(jie)構，這才(cai)是最終的CPU的(de)核心(xin)。每幾(ji)層中間(jian)都要填上金(jin)屬(shu)作為導體。Intel的Pentium 4處理器有(you)7層，而AMD的Athlon 64則(ze)達到了9層。層數決定于設計時CPU的布局，以及通過的電(dian)流大小。

6、封裝

這時的CPU是一塊塊晶圓，它(ta)還不能(neng)直接(jie)被用(yong)戶使用(yong)，必須將它(ta)封(feng)入(ru)一個(ge)陶瓷的或塑料的封(feng)殼中，這(zhe)樣它(ta)就可以(yi)很容易地裝在一塊電路板上了。封(feng)裝結構(gou)各有不同，但越(yue)高級(ji)的CPU封(feng)裝也越復雜，新的封(feng)裝往往能帶來(lai)芯(xin)片(pian)電氣性能和穩定性的提(ti)升，并能間接地為主頻的提(ti)升提(ti)供堅實(shi)可靠的基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制造的(de)重要環(huan)節，也是一塊CPU出廠前(qian)必要的考驗(yan)。這(zhe)一步(bu)將測試晶(jing)圓(yuan)的電氣性(xing)能(neng)，以檢查是(shi)否出了(le)什么(me)差錯(cuo)，以及這(zhe)些(xie)差錯(cuo)出現在哪個(ge)步(bu)驟（如(ru)果可能(neng)的話）。接下(xia)來，晶(jing)圓(yuan)上的每個(ge)CPU核心都將被分(fen)開測試。

由于SRAM（靜態隨機(ji)存儲器，CPU中緩(huan)存的基本組(zu)成）結構復雜、密度高(gao)，所以緩(huan)存是CPU中容(rong)易(yi)出(chu)問題的部分，對緩存的測試也(ye)是CPU測試中的(de)重要部(bu)分。

每塊CPU將被進(jin)行完全測試，以檢驗(yan)其(qi)全部功能。某些CPU能夠在較高的頻率下運行(xing)，所以(yi)被標上了較高的頻率；而有些(xie)CPU因為種種原因運行頻率較(jiao)低(di)，所以被(bei)標上(shang)了較(jiao)低(di)的頻率。最(zui)后，個別CPU可(ke)能存(cun)在某些功能上的(de)缺陷(xian)，如果問(wen)題出在緩(huan)存(cun)上，制造商仍然可(ke)以屏蔽掉它的(de)部分(fen)緩(huan)存(cun)，這意味著這塊CPU依然(ran)能夠出售，只是它可能是Celeron等低端產品。

當(dang)CPU被放進包(bao)裝(zhuang)盒之(zhi)前(qian)，一(yi)般還要進行最后一(yi)次測(ce)試，以確保之(zhi)前(qian)的(de)工(gong)作準確無誤。根據前(qian)面確定的(de)最高運(yun)行頻率(lv)和緩存的(de)不同，它們被放進不同的(de)包(bao)裝(zhuang)，銷往世界各地(di)。