CPU是如何制造出來的 揭秘CPU制造流程

CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等芯片的材料是半導體，現階段主要的材料是硅Si，這是一種非金屬元素，從化學的角度來看，由于它處于元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處，所以具有半導體的性質，適合于制造各種微小的晶體管，是目前最適宜于制造現代大規模集成電路的材料之一。

在硅提純的過程中，原材料硅將被熔化，并放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長，直到形成一個幾近完美的單晶硅。以往的硅錠的直徑大都是200毫米，而CPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產。

2、切割晶圓

硅錠造出來了，并被整型成一個完美的圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用于CPU的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規格的硅晶片，并將其劃分成多個細小的區域，每個區域都將成為一個CPU的內核(Die)。一般來說，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的CPU成品就越多。

3、影印

在經過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻(Photoresist)物質，紫外線通過印制著CPU復雜電路結構圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區域也受到光的干擾，必須制作遮罩來遮蔽這些區域。這是個相當復雜的過程，每一個遮罩的復雜程度得用10GB數據來描述。

4、蝕刻

這是CPU生產過程中重要操作，也是 CPU工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的應用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來停止光照并移除遮罩，使用特定的化學溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層硅。

然后，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區域的導電狀態，以制造出N井或P井，結合上面制造的基片，CPU的門電路就完成了。

5、重復、分層

為加工新的一層電路，再次生長硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質，重復影印、蝕刻過程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結構。重復多遍，形成一個3D的結構，這才是最終的CPU的核心。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9層。層數決定于設計時CPU的布局，以及通過的電流大小。

6、封裝

這時的CPU是一塊塊晶圓，它還不能直接被用戶使用，必須將它封入一個陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結構各有不同，但越高級的CPU封裝也越復雜，新的封裝往往能帶來芯片電氣性能和穩定性的提升，并能間接地為主頻的提升提供堅實可靠的基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制造的重要環節，也是一塊CPU出廠前必要的考驗。這一步將測試晶圓的電氣性能，以檢查是否出了什么差錯，以及這些差錯出現在哪個步驟（如果可能的話）。接下來，晶圓上的每個CPU核心都將被分開測試。

由于SRAM（靜態隨機存儲器，CPU中緩存的基本組成）結構復雜、密度高，所以緩存是CPU中容易出問題的部分，對緩存的測試也是CPU測試中的重要部分。

每塊CPU將被進行完全測試，以檢驗其全部功能。某些CPU能夠在較高的頻率下運行，所以被標上了較高的頻率；而有些CPU因為種種原因運行頻率較低，所以被標上了較低的頻率。最后，個別CPU可能存在某些功能上的缺陷，如果問題出在緩存上，制造商仍然可以屏蔽掉它的部分緩存，這意味著這塊CPU依然能夠出售，只是它可能是Celeron等低端產品。

當CPU被放進包裝盒之前，一般還要進行最后一次測試，以確保之前的工作準確無誤。根據前面確定的最高運行頻率和緩存的不同，它們被放進不同的包裝，銷往世界各地。