芯片的誕生-從沙子到芯片

芯片是現(xiàn)在最熱門話題，對(duì)于超大規(guī)模集成電路，從理論到實(shí)踐有著很大的難度。今天我們來了解一下CPU的生產(chǎn)過程。

芯片的誕生-從沙子到芯片

簡(jiǎn)單地說，處理器的制造過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(cè)試與切割、核心封裝、等級(jí)測(cè)試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步里邊又包含更多細(xì)致的過程。

1：中央處理器（CPU）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)，這也是迄今為數(shù)不多無法山寨的物品。當(dāng)然，CPU的制造過程也代表了當(dāng)今世界科技發(fā)展的最高水平。

2：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，沙子中含有25%的硅，是地殼中第二多元素，在經(jīng)過氧化之后就成為了二氧化硅，在沙子中，尤其是石英中二氧化硅的含量非常高，這就是制造半導(dǎo)體的基礎(chǔ)。

3：在采購(gòu)原材料沙子后，將其中的硅進(jìn)行分離，多余的材料被廢棄，再經(jīng)過多個(gè)步驟進(jìn)行提純，以最終達(dá)到符合半導(dǎo)體制造的質(zhì)量，這就是所謂的電子級(jí)硅。它的純度是非常大的，每10億個(gè)硅原子中只有一個(gè)是不符合要求的。

4：一個(gè)被鑄成錠后的電子級(jí)硅的單晶體，重量大約為100千克，硅的純度達(dá)到了99.9999%。

5：鑄好硅錠后，將進(jìn)入切割階段，將整個(gè)硅錠切成一片一片的圓盤，也就是我們俗稱的晶圓，這樣求切割出來的是非常薄的，隨后，晶圓就要進(jìn)行拋光，直至完美，表面如鏡面一樣光滑。

6：晶圓上涂上藍(lán)色液體，這是類似膠片拍照時(shí)的光阻劑，晶圓不停旋轉(zhuǎn)，以使其將液體均勻涂抹在晶圓上，并且涂層也是非常薄的。

7：用紫外光照射晶圓。紫外光先通過一個(gè)帶有“圖案”的“擋板”，其功能在于遮掉部分光線，使光線特定的形狀照射在晶圓上。中間的透鏡用于將光線匯聚于一個(gè)很小的范圍。紫外光照射到感光物質(zhì)上，發(fā)生類似于膠片感光的化學(xué)反應(yīng)，使感光物質(zhì)變得可溶。這樣其實(shí)就將“擋板”上的“圖案”，其實(shí)就是微電路的版圖形狀“影印”在了晶圓上。

8：晶體管相當(dāng)于開關(guān)，控制著電流的方向。晶體管是CPU的基本組成單位?，F(xiàn)在的工藝可以在一個(gè)針尖大小的面積內(nèi)制造30萬個(gè)晶體管。

9：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致。然后光刻，并洗掉曝光的部分。

10：再重新涂上藍(lán)色的光阻劑（藍(lán)色），并為下一步做好準(zhǔn)備。圖中藍(lán)色部分為有感光材料保護(hù)的部分。

11：離子注入，也就是用離子轟擊暴露地區(qū)的硅片，用離子撞擊植入硅片的方式來改變這些地區(qū)硅的導(dǎo)電性，離子需要非常高速的撞擊到晶圓表面上，通過電場(chǎng)加速后的離子速度可以達(dá)到每小時(shí)30萬公里。

12：當(dāng)離子注入后，光阻層將被移除，綠色部分的材料會(huì)摻入晚來的原子。

13：這時(shí)晶體管是接近完成，晶體管洋紅色表面是保溫層，上面有三個(gè)洞，這三個(gè)洞將用來填補(bǔ)銅，以便連接到其他晶體管。

14：在晶圓放入硫酸銅溶液這個(gè)階段，銅離子的沉積到晶體管，這個(gè)過程被稱為電鍍。游離的銅離子分別到晶圓的積極終端（陽(yáng)極）和消極終端（陰極）。

15：將多余的銅拋光掉，留下了非常薄的一層銅。

16:多金屬層是建立各種晶體管的互連，雖然電腦芯片看起來十分平坦，但實(shí)際上可能有超過20層，形成復(fù)雜的電路。

17:在這部分準(zhǔn)備將晶圓建立第一個(gè)功能測(cè)試，在這個(gè)階段的測(cè)試模式中輸入每個(gè)單芯片，并監(jiān)測(cè)比較芯片的反應(yīng)，然后丟棄有瑕疵的內(nèi)核芯片。

18:將晶圓切割成塊，每一塊就是一個(gè)處理器的內(nèi)核。

19:這是一個(gè)被分離出來的的核心，Core i7，由上一道工序切割而成。

20:將襯底(基片針腳)、內(nèi)核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。

21:最后會(huì)對(duì)每個(gè)CPU進(jìn)行測(cè)試?；跍y(cè)試的結(jié)果，將具有相同的能力的處理器歸屬一類，分級(jí)確定了處理器的最高工作頻率，根據(jù)穩(wěn)定性等規(guī)格制定價(jià)格。