CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等芯片的材(cai)料是(shi)半導體，現階段主(zhu)要的材(cai)料是(shi)硅Si，這(zhe)是一種非(fei)金屬元素(su)，從化學的(de)角(jiao)度(du)來看，由于它處于元素(su)周(zhou)期表中金屬元素(su)區(qu)與非(fei)金屬元素(su)區(qu)的(de)交界處，所以具有半導(dao)體的(de)性質，適合于制造各種微小(xiao)的(de)晶體管，是目前最適宜于制造現代大規模集成電路的(de)材料之(zhi)一。

在硅(gui)(gui)提純(chun)的(de)過程中，原材料(liao)硅(gui)(gui)將被熔(rong)化，并放(fang)(fang)進一個巨大的(de)石英熔(rong)爐。這(zhe)時向(xiang)熔(rong)爐里放(fang)(fang)入一顆晶種(zhong)，以(yi)便硅(gui)(gui)晶體圍著這(zhe)顆晶種(zhong)生長，直到形成一個幾近完美的(de)單晶硅(gui)(gui)。以(yi)往的(de)硅(gui)(gui)錠的(de)直徑大都是200毫米，而CPU廠商正在增加300毫(hao)米晶圓的生(sheng)產。

2、切割晶圓

硅(gui)錠造(zao)出(chu)來了，并被整(zheng)型成一個(ge)完(wan)美的圓柱(zhu)體，接下來將被切割(ge)成片(pian)狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用(yong)于CPU的制造。所謂的“切(qie)割晶圓”也就是用機器從(cong)單晶硅棒上切(qie)割下一片(pian)(pian)事先(xian)確(que)定規(gui)格的硅晶片(pian)(pian)，并將其劃分成(cheng)多個細小的區域，每(mei)個區域都將成(cheng)為(wei)一個CPU的內核(Die)。一般來說，晶(jing)圓切(qie)得越薄，相同量的(de)硅材料能夠制造(zao)的(de)CPU成品就越多。

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3、影印

在經過熱處理得到(dao)的(de)硅(gui)氧化(hua)物層上面涂敷一種(zhong)光阻(Photoresist)物質，紫(zi)外線通過印制著CPU復雜(za)(za)電路結構圖樣的(de)(de)(de)模板照射硅基片，被紫外(wai)線照射的(de)(de)(de)地(di)方光(guang)阻物質溶(rong)解。而為(wei)了避免讓不(bu)需要(yao)被曝光(guang)的(de)(de)(de)區(qu)域(yu)也受到光(guang)的(de)(de)(de)干(gan)擾，必(bi)須制作遮罩來遮蔽這(zhe)些(xie)區(qu)域(yu)。這(zhe)是個(ge)(ge)相當復雜(za)(za)的(de)(de)(de)過程(cheng)，每一個(ge)(ge)遮罩的(de)(de)(de)復雜(za)(za)程(cheng)度得用10GB數據來描述(shu)。

4、蝕刻

這是CPU生產過程中(zhong)重要操作，也是CPU工業中的(de)(de)重(zhong)頭技(ji)術(shu)。蝕(shi)(shi)刻技(ji)術(shu)把對光(guang)(guang)的(de)(de)應用(yong)推向(xiang)了極限。蝕(shi)(shi)刻使用(yong)的(de)(de)是波長很短的(de)(de)紫外光(guang)(guang)并(bing)配合(he)很大的(de)(de)鏡頭。短波長的(de)(de)光(guang)(guang)將(jiang)透(tou)過這些石英遮罩的(de)(de)孔照(zhao)在(zai)(zai)光(guang)(guang)敏(min)抗(kang)蝕(shi)(shi)膜(mo)上，使之曝光(guang)(guang)。接下(xia)來(lai)停止光(guang)(guang)照(zhao)并(bing)移除遮罩，使用(yong)特(te)定的(de)(de)化學溶液清洗掉被(bei)曝光(guang)(guang)的(de)(de)光(guang)(guang)敏(min)抗(kang)蝕(shi)(shi)膜(mo)，以及在(zai)(zai)下(xia)面緊貼著抗(kang)蝕(shi)(shi)膜(mo)的(de)(de)一層硅。

然后(hou)，曝光的(de)硅將被(bei)原子轟擊，使得暴露(lu)的(de)硅基片(pian)局部(bu)摻(chan)雜(za)，從而改變這些區域的(de)導電狀態(tai)，以制(zhi)造(zao)出N井或(huo)P井，結(jie)合上(shang)面(mian)制造的基片，CPU的門電路就完(wan)成(cheng)了。

5、重復、分層

為(wei)加工新的(de)一(yi)(yi)層電路，再次(ci)生長硅(gui)(gui)氧化(hua)(hua)物(wu)，然(ran)后沉積一(yi)(yi)層多晶(jing)硅(gui)(gui)，涂敷光阻物(wu)質，重復影印、蝕刻過程，得到含多晶(jing)硅(gui)(gui)和硅(gui)(gui)氧化(hua)(hua)物(wu)的(de)溝槽結構(gou)。重復多遍，形成一(yi)(yi)個(ge)3D的結構，這(zhe)才(cai)是最終(zhong)的CPU的核心。每幾層中(zhong)間(jian)都(dou)要填(tian)上金屬作為導體(ti)。Intel的Pentium 4處理器(qi)有7層，而AMD的(de)Athlon 64則達到(dao)了9層。層數(shu)決定于設計時CPU的(de)布局，以(yi)及通過的(de)電流(liu)大小。

6、封裝

這時的(de)CPU是一(yi)(yi)塊(kuai)(kuai)塊(kuai)(kuai)晶圓，它(ta)還不(bu)(bu)能直接被(bei)用(yong)戶使(shi)用(yong)，必(bi)須將(jiang)它(ta)封入一(yi)(yi)個陶瓷的(de)(de)或塑料的(de)(de)封殼中，這(zhe)樣(yang)它(ta)就(jiu)可以(yi)很(hen)容易地裝(zhuang)在一(yi)(yi)塊(kuai)(kuai)電路板(ban)上了。封裝(zhuang)結(jie)構各有不(bu)(bu)同，但(dan)越高級的(de)(de)CPU封裝(zhuang)也越(yue)復(fu)雜，新(xin)的(de)封裝(zhuang)往(wang)往(wang)能(neng)帶來芯(xin)片電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)和穩定(ding)性(xing)的(de)提(ti)升，并能(neng)間接(jie)地為主頻的(de)提(ti)升提(ti)供堅實可靠的(de)基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制造的重要環節，也是一塊CPU出(chu)廠前(qian)必要的(de)考驗。這一步將測試晶(jing)圓的(de)電氣性能，以(yi)檢查是否(fou)出(chu)了(le)什(shen)么差錯，以(yi)及這些(xie)差錯出(chu)現(xian)在哪(na)個步驟（如果可能的(de)話）。接下來，晶(jing)圓上的(de)每(mei)個CPU核心都將被分(fen)開測(ce)試。

由于SRAM（靜(jing)態隨機存儲器(qi)，CPU中緩存(cun)的基(ji)本組(zu)成(cheng)）結(jie)構復雜、密度高，所(suo)以(yi)緩存(cun)是CPU中(zhong)容易出問題的(de)部(bu)分，對(dui)緩存的(de)測試也(ye)是(shi)CPU測試(shi)中(zhong)的重要(yao)部分。

每塊(kuai)CPU將被進行(xing)完全測試(shi)，以(yi)檢驗其全部功能。某(mou)些CPU能夠在較高的(de)頻率(lv)下運(yun)行，所以被標上了較高的(de)頻率(lv)；而有些CPU因為種種原因運行(xing)頻(pin)(pin)率較低，所以(yi)被標上了較低的頻(pin)(pin)率。最后(hou)，個別CPU可能(neng)存在某些功(gong)能(neng)上(shang)的缺(que)陷，如果問題出在緩存上(shang)，制(zhi)造商仍然(ran)可以(yi)屏蔽掉它的部分緩存，這意味著這塊CPU依然能夠出(chu)售，只是它可能是Celeron等低端產品。

當CPU被(bei)放(fang)(fang)進(jin)包裝盒之前，一般(ban)還(huan)要進(jin)行最(zui)(zui)后一次測試(shi)，以確(que)保之前的(de)(de)工(gong)作準確(que)無誤。根(gen)據前面確(que)定(ding)的(de)(de)最(zui)(zui)高運行頻率和(he)緩存的(de)(de)不(bu)同(tong)，它們被(bei)放(fang)(fang)進(jin)不(bu)同(tong)的(de)(de)包裝，銷往世界各地。