CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等(deng)芯片(pian)的(de)材料是半導體，現階段主要的(de)材料是硅Si，這是(shi)(shi)一(yi)種非金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)，從化學的(de)角度來看，由于(yu)它處(chu)于(yu)元(yuan)素(su)周期表中金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)區與非金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)區的(de)交(jiao)界處(chu)，所以(yi)具有半導體(ti)(ti)的(de)性質，適合(he)于(yu)制(zhi)造(zao)各(ge)種微小的(de)晶體(ti)(ti)管，是(shi)(shi)目前(qian)最(zui)適宜于(yu)制(zhi)造(zao)現代大規模(mo)集成電路的(de)材料(liao)之(zhi)一(yi)。

在硅提純(chun)的(de)(de)過程中，原材料硅將被熔化(hua)，并放(fang)進一(yi)個巨(ju)大的(de)(de)石英熔爐。這(zhe)時向熔爐里放(fang)入一(yi)顆(ke)(ke)晶(jing)種，以便硅晶(jing)體圍著這(zhe)顆(ke)(ke)晶(jing)種生長，直(zhi)到(dao)形成一(yi)個幾近完(wan)美的(de)(de)單晶(jing)硅。以往的(de)(de)硅錠的(de)(de)直(zhi)徑大都是200毫米，而CPU廠(chang)商(shang)正(zheng)在(zai)增加300毫米晶圓(yuan)的(de)生產。

2、切割晶圓

硅錠造出來了，并被(bei)整(zheng)型成(cheng)(cheng)一個(ge)完美的(de)圓柱體，接下(xia)來將被(bei)切割成(cheng)(cheng)片狀(zhuang)，稱為晶圓。晶圓才(cai)被(bei)真正用于CPU的(de)(de)制造。所(suo)謂的(de)(de)“切割晶圓”也就是用機器從單晶硅(gui)棒上(shang)切割下一片事(shi)先確定(ding)規格的(de)(de)硅(gui)晶片，并(bing)將(jiang)其劃分成多(duo)個細小的(de)(de)區(qu)域(yu)，每個區(qu)域(yu)都(dou)將(jiang)成為一個CPU的內核(he)(Die)。一般來說，晶圓(yuan)切得越薄，相同(tong)量的硅材(cai)料能夠制造的CPU成品就越多。

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3、影印

在經過熱處理得到的硅氧化物層上面涂(tu)敷一(yi)種光阻(Photoresist)物(wu)質(zhi)，紫外線通過(guo)印制著(zhu)CPU復雜電路(lu)結構圖樣的(de)模板照射硅基片(pian)，被紫外(wai)線(xian)照射的(de)地方光阻物質(zhi)溶解。而(er)為了避免(mian)讓不需要被曝光的(de)區(qu)域也受(shou)到(dao)光的(de)干擾(rao)，必須制作遮(zhe)罩來遮(zhe)蔽這(zhe)些區(qu)域。這(zhe)是(shi)個相當復雜的(de)過程，每一個遮(zhe)罩的(de)復雜程度(du)得(de)用(yong)10GB數據來(lai)描述。

4、蝕刻

這是CPU生產過(guo)程中重要操作，也是CPU工業(ye)中的(de)(de)(de)(de)重頭技術。蝕(shi)(shi)刻技術把對(dui)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)應用推向了極限(xian)。蝕(shi)(shi)刻使用的(de)(de)(de)(de)是(shi)波長(chang)很短(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)紫(zi)外光(guang)(guang)并配合很大的(de)(de)(de)(de)鏡(jing)頭。短(duan)(duan)波長(chang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)將透過(guo)這些石英(ying)遮罩的(de)(de)(de)(de)孔照在光(guang)(guang)敏抗蝕(shi)(shi)膜上，使之曝光(guang)(guang)。接下來(lai)停(ting)止(zhi)光(guang)(guang)照并移除遮罩，使用特定的(de)(de)(de)(de)化學溶液(ye)清洗掉被曝光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)敏抗蝕(shi)(shi)膜，以及在下面緊貼(tie)著抗蝕(shi)(shi)膜的(de)(de)(de)(de)一層硅。

然后，曝光的(de)硅(gui)將被原(yuan)子轟擊，使得暴露的(de)硅(gui)基片局部(bu)摻雜，從(cong)而改(gai)變這(zhe)些區域的(de)導電狀(zhuang)態，以制造(zao)出N井(jing)或P井，結合(he)上面(mian)制造的(de)基片，CPU的門電路就完成了。

5、重復、分層

為(wei)加工新的一層(ceng)電路，再次生(sheng)長硅氧化物，然后沉(chen)積(ji)一層(ceng)多晶硅，涂敷(fu)光阻(zu)物質，重復影印、蝕(shi)刻(ke)過(guo)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(de)結構，這才是最終的(de)CPU的核心。每幾層中間(jian)都(dou)要填上金(jin)屬作為導體。Intel的(de)Pentium 4處(chu)理器有7層，而AMD的Athlon 64則達(da)到了9層(ceng)。層(ceng)數(shu)決(jue)定于設計(ji)時CPU的(de)(de)布(bu)局，以及通過的(de)(de)電流大小(xiao)。

6、封裝

這時的CPU是(shi)一(yi)塊(kuai)塊(kuai)晶圓，它還不能(neng)直(zhi)接被用戶使用，必須將(jiang)它封入一(yi)個(ge)陶瓷的(de)或塑料的(de)封殼中(zhong)，這樣它就可以很容(rong)易地裝(zhuang)在(zai)一(yi)塊(kuai)電路板上了。封裝(zhuang)結構(gou)各(ge)有不同，但越高級的(de)CPU封(feng)裝也越復(fu)雜，新的封(feng)裝往往能帶來芯片電氣性能和穩定(ding)性的提升(sheng)，并能間接地為主(zhu)頻的提升(sheng)提供堅實可靠的基(ji)礎。

7、多次測試

測(ce)試(shi)是一個(ge)CPU制造的重(zhong)要環(huan)節，也是一塊CPU出(chu)(chu)(chu)廠(chang)前(qian)必(bi)要的(de)考驗。這一步將測試晶(jing)圓的(de)電氣性能(neng)，以檢(jian)查是(shi)否出(chu)(chu)(chu)了什么差(cha)錯(cuo)，以及這些差(cha)錯(cuo)出(chu)(chu)(chu)現在哪個(ge)步驟（如果可能(neng)的(de)話(hua)）。接下來，晶(jing)圓上(shang)的(de)每(mei)個(ge)CPU核(he)心都將被分開(kai)測試(shi)。

由于(yu)SRAM（靜態隨機存儲器，CPU中(zhong)緩存的基本組成(cheng)）結構復雜、密度高，所以緩存是CPU中容易(yi)出問題的(de)部分，對緩存的(de)測試(shi)也是CPU測試中(zhong)的(de)重要部分。

每塊CPU將(jiang)被進行(xing)完全測(ce)試，以檢驗(yan)其全部(bu)功(gong)能。某些CPU能(neng)夠在較高的頻率下運行，所以被標上了較高的頻率；而(er)有些CPU因(yin)為(wei)種種原因(yin)運(yun)行頻率較低(di)，所以被(bei)標上(shang)了較低(di)的頻率。最后，個別CPU可(ke)能(neng)(neng)存(cun)在(zai)某些(xie)功能(neng)(neng)上的(de)缺陷，如果問題出在(zai)緩存(cun)上，制造商仍(reng)然可(ke)以屏蔽掉它的(de)部分(fen)緩存(cun)，這意(yi)味著這塊CPU依然能(neng)夠出售，只(zhi)是它可能(neng)是Celeron等低端產(chan)品(pin)。

當CPU被放進包(bao)裝盒之(zhi)前(qian)，一(yi)般還(huan)要進行最后(hou)一(yi)次(ci)測(ce)試(shi)，以確(que)(que)保之(zhi)前(qian)的(de)工作準確(que)(que)無誤。根(gen)據前(qian)面確(que)(que)定(ding)的(de)最高運行頻率和(he)緩存的(de)不同，它們被放進不同的(de)包(bao)裝，銷(xiao)往世界(jie)各地。