CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等芯片的材料(liao)是半導體，現階段主要(yao)的材料(liao)是硅Si，這是一(yi)種(zhong)非(fei)金屬(shu)元素(su)，從化學的角度來看，由于它處(chu)于元素(su)周期表中金屬(shu)元素(su)區(qu)與非(fei)金屬(shu)元素(su)區(qu)的交界(jie)處(chu)，所(suo)以(yi)具(ju)有半導(dao)體的性(xing)質，適合于制(zhi)造(zao)各種(zhong)微小的晶體管，是目前最適宜于制(zhi)造(zao)現代大規模集成電路的材料之(zhi)一(yi)。

在硅提純(chun)的(de)(de)過程中，原材(cai)料硅將(jiang)被熔化，并放(fang)進一個巨大的(de)(de)石英熔爐。這時(shi)向熔爐里(li)放(fang)入一顆晶(jing)種，以便(bian)硅晶(jing)體圍(wei)著這顆晶(jing)種生長，直到形(xing)成一個幾近完美的(de)(de)單晶(jing)硅。以往的(de)(de)硅錠的(de)(de)直徑大都是200毫(hao)米，而CPU廠商正(zheng)在(zai)增(zeng)加300毫(hao)米晶圓的生產(chan)。

2、切割晶圓

硅(gui)錠造出(chu)來(lai)了，并被(bei)整型成(cheng)一個完(wan)美的圓(yuan)(yuan)柱體，接下(xia)來(lai)將(jiang)被(bei)切割成(cheng)片狀，稱為晶圓(yuan)(yuan)。晶圓(yuan)(yuan)才被(bei)真正用于CPU的(de)制造。所謂的(de)“切割晶(jing)圓”也就是(shi)用機器從單晶(jing)硅棒上切割下一(yi)片事先確定規格的(de)硅晶(jing)片，并將其(qi)劃分成多個細小的(de)區域(yu)，每個區域(yu)都將成為一(yi)個CPU的內核(Die)。一般(ban)來說，晶(jing)圓(yuan)切(qie)得越薄，相同量的硅材料能(neng)夠制造的CPU成品就(jiu)越(yue)多。

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3、影印

在經過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一(yi)種光阻(Photoresist)物質(zhi)，紫外線通過印制著CPU復(fu)(fu)雜電路結構(gou)圖(tu)樣的(de)模板(ban)照射硅基片，被紫外線(xian)照射的(de)地方光阻物(wu)質溶(rong)解。而為了避免(mian)讓不需要被曝(pu)光的(de)區域也(ye)受到光的(de)干擾，必須制作(zuo)遮罩來(lai)遮蔽(bi)這些區域。這是個相當復(fu)(fu)雜的(de)過程(cheng)，每(mei)一(yi)個遮罩的(de)復(fu)(fu)雜程(cheng)度(du)得用10GB數(shu)據(ju)來(lai)描述。

4、蝕刻

這是CPU生產過程中重要操作(zuo)，也是CPU工業中(zhong)的(de)(de)(de)重頭(tou)技術。蝕(shi)刻(ke)技術把對光的(de)(de)(de)應用推向了極限(xian)。蝕(shi)刻(ke)使用的(de)(de)(de)是波長(chang)很短的(de)(de)(de)紫外光并配合(he)很大的(de)(de)(de)鏡頭(tou)。短波長(chang)的(de)(de)(de)光將透過這些(xie)石英遮罩的(de)(de)(de)孔照在(zai)光敏抗(kang)蝕(shi)膜(mo)上，使之曝(pu)光。接下(xia)來(lai)停止光照并移除遮罩，使用特定(ding)的(de)(de)(de)化(hua)學溶液清洗掉被曝(pu)光的(de)(de)(de)光敏抗(kang)蝕(shi)膜(mo)，以及在(zai)下(xia)面緊貼著(zhu)抗(kang)蝕(shi)膜(mo)的(de)(de)(de)一層硅。

然后，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴(bao)露的硅基片局部摻(chan)雜，從而改變(bian)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(wan)成了(le)。

5、重復、分層

為加工新(xin)的一層電路，再次生長硅(gui)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)，然后沉積一層多(duo)晶硅(gui)，涂敷光(guang)阻物(wu)(wu)質，重(zhong)復影印、蝕(shi)刻(ke)過程，得到含(han)多(duo)晶硅(gui)和硅(gui)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)的溝槽結構。重(zhong)復多(duo)遍，形成一個3D的結構，這才(cai)是最終的CPU的核(he)心。每幾層中間都(dou)要填(tian)上金屬(shu)作為導體。Intel的Pentium 4處理(li)器(qi)有7層，而AMD的Athlon 64則達到了9層。層數決定于設計時CPU的(de)布局，以及通過的(de)電(dian)流大小。

6、封裝

這時(shi)的(de)CPU是一(yi)塊塊晶(jing)圓，它(ta)還不能直接被用(yong)戶使用(yong)，必須將它(ta)封(feng)入一(yi)個(ge)陶瓷的(de)或(huo)塑料(liao)的(de)封(feng)殼中，這樣它(ta)就可(ke)以很容易(yi)地裝(zhuang)在一(yi)塊電(dian)路(lu)板上了。封(feng)裝(zhuang)結構各有不同，但越高級的(de)CPU封(feng)裝也越復雜，新的(de)封(feng)裝往(wang)往(wang)能(neng)帶來芯片(pian)電氣(qi)性能(neng)和(he)穩(wen)定性的(de)提升，并能(neng)間接地為主頻的(de)提升提供(gong)堅實可靠的(de)基礎。

7、多次測試

測試是一個CPU制造的(de)重要(yao)環節(jie)，也是(shi)一塊CPU出(chu)廠前必(bi)要的(de)考驗。這一步(bu)將測試晶圓的(de)電(dian)氣(qi)性能，以(yi)檢查是否出(chu)了什么差錯(cuo)，以(yi)及這些差錯(cuo)出(chu)現在哪個(ge)步(bu)驟（如果可能的(de)話）。接下來，晶圓上(shang)的(de)每(mei)個(ge)CPU核(he)心都(dou)將被分開測(ce)試(shi)。

由于SRAM（靜態隨機存儲器，CPU中緩(huan)存的基本(ben)組成(cheng)）結(jie)構(gou)復雜、密度高，所以(yi)緩(huan)存是CPU中容易出問題的部分，對(dui)緩存的測試也(ye)是CPU測試中(zhong)的重要(yao)部分。

每塊CPU將(jiang)被進行完全(quan)測試，以檢(jian)驗(yan)其全(quan)部功能。某(mou)些CPU能夠(gou)在較高(gao)(gao)的頻率下運行，所以(yi)被(bei)標(biao)上了(le)較高(gao)(gao)的頻率；而有些CPU因為種種原因運行(xing)頻(pin)率(lv)較低，所以被標上了較低的頻(pin)率(lv)。最后，個別CPU可(ke)能存在某些功能上的缺陷，如(ru)果問題出(chu)在緩(huan)存上，制造(zao)商仍然(ran)可(ke)以屏蔽掉它的部分(fen)緩(huan)存，這意(yi)味著這塊CPU依然能(neng)(neng)夠出售，只是它可能(neng)(neng)是Celeron等低端產品(pin)。

當CPU被放(fang)進包裝(zhuang)盒之前，一般(ban)還要進行最后一次測試，以確保之前的(de)工作準(zhun)確無(wu)誤(wu)。根據前面確定的(de)最高(gao)運行頻率(lv)和(he)緩存(cun)的(de)不(bu)(bu)同，它們被放(fang)進不(bu)(bu)同的(de)包裝(zhuang)，銷往世(shi)界各地。