沙子變金子全過程--CPU成長記

來自專欄 半導體知識高地

1：中央處理器（CPU）是一塊超大規模的集成電路，是一台計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的數據，這也是迄今為數不多無法山寨的物品。當然，CPU的製造過程也代表了當今世界科技發展的最高水平。

2：硅是地殼內第二豐富的元素，沙子中含有25%的硅，是地殼中第二多元素，在經過氧化之後就成為了二氧化硅，在沙子中，尤其是石英中二氧化硅的含量非常高，這就是製造半導體的基礎。

3：在採購原材料沙子後，將其中的硅進行分離，多餘的材料被廢棄，再經過多個步驟進行提純，以最終達到符合半導體製造的質量，這就是所謂的電子級硅。它的純度是非常大的，每10億個硅原子中只有一個是不符合要求的。

4：一個被鑄成錠後的電子級硅的單晶體，重量大約為100千克，硅的純度達到了99.9999%。

5：鑄好硅錠後，將進入切割階段，將整個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，隨後，晶圓就要進行拋光，直至完美，表面如鏡面一樣光滑。

6：晶圓上塗上藍色液體，這是類似膠片拍照時的光阻劑，晶圓不停旋轉，以使其將液體均勻塗抹在晶圓上，並且塗層也是非常薄的。

7：用紫外光照射晶圓。紫外光先通過一個帶有「圖案」的「擋板」，其功能在於遮掉部分光線，使光線特定的形狀照射在晶圓上。中間的透鏡用於將光線匯聚於一個很小的範圍。紫外光照射到感光物質上，發生類似於膠片感光的化學反應，使感光物質變得可溶。這樣其實就將「擋板」上的「圖案」，其實就是微電路的版圖形狀「影印」在了晶圓上。

8：晶體管相當於開關，控制著電流的方向。晶體管是CPU的基本組成單位。現在的工藝可以在一個針尖大小的面積內製造30萬個晶體管。

9： 光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除後留下的圖案和掩模上的一致。然後光刻，並洗掉曝光的部分。

10：再重新塗上藍色的光阻劑（藍色），並為下一步做好準備。圖中藍色部分為有感光材料保護的部分。

11：離子注入，也就是用離子轟擊暴露地區的矽片，用離子撞擊植入矽片的方式來改變這些地區硅的導電性，離子需要非常高速的撞擊到晶圓表面上，通過電場加速後的離子速度可以達到每小時30萬公里。

12：當離子注入後，光阻層將被移除，綠色部分的材料會摻入晚來的原子。

13：這時晶體管是接近完成，晶體管洋紅色表面是保溫層，上面有三個洞，這三個洞將用來填補銅，以便連接到其他晶體管。

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

15：將多餘的銅拋光掉，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，雖然電腦晶元看起來十分平坦，但實際上可能有超過20層，形成複雜的電路。

17:在這部分準備將晶圓建立第一個功能測試，在這個階段的測試模式中輸入每個單晶元，並監測比較晶元的反應，然後丟棄有瑕疵的內核晶元。

18:將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內核。

19:這是一個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:最後會對每個CPU進行測試。基於測試的結果，將具有相同的能力的處理器歸屬一類，分級確定了處理器的最高工作頻率，根據穩定性等規格制定價格。

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