CPU製造工藝完整過程（圖文）

1》由沙到晶圓，CPU誕生全過程

2》沙中含有25%的矽，是地殼中第二多元素，在經過氧化之後就成為了二氧化矽，在沙，尤其是石英中二氧化矽的含量非常高，這就是製造半導體的基礎。

3》在采購原材料沙子後，將其中的矽進行分離，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矽。它的純度是非常大的，每10億個矽原子中隻有一個是不符合要求的。經過淨化過程，矽進入融化階段。在此圖片你可以看到一個大晶體矽的純淨融化時的狀態，由此產生的單晶體被稱為元寶。 

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

5》鑄好錠後，將進入切割階段，將整個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，一個錠大概高5英尺，錠的直徑要根據對晶圓的需求來製定，今天的CPU需要300直徑的晶圓。 

6》一旦切斷，晶圓就要進行拋光，直至完美，表麵如鏡麵一樣光滑，Intel並不生產自己的錠和矽片，而是由第三方公司購買可隨時投入生產的晶圓。 Intel先進的45nm High-K/Metal Gate晶圓直徑就為 300mm，當Intel最早生產芯片時是在直徑50mm的晶圓上印刷電路，而今天在300mm的晶圓上印刷，以減少成本。 

7》在上圖中，我們可以看到晶圓上有藍色液體，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。晶圓在此步驟進行旋轉，以使塗層均勻分布。 

8》 在這一階段，晶圓完成暴露於紫外線下，以此來使塗抹在上麵的薄膜材料發生化學反應，就像照相時按下快門，影像就印在膠片上，這也是運用了相似的原理。

    為了防止晶圓暴露在紫外線下變成可溶性的，因此使用了一個類似口罩的模具擋在前麵，上麵有設計好的各種電路，照射後這些電路就會像照片一樣被印在晶圓上。製造一個CPU基本上要重複這一過程，直到多層堆疊到頂部為止。 

9》在上圖片中我們可以看到有代表性的單一晶體管，似乎我們能用肉眼看到它，晶體管作為開關控製一個計算機芯片內電流的流動。Intel的研究人員已經研究出如此之小晶體管，他們聲稱大約1個針腳可以放30萬個晶體管。 

10》在晶體管暴露在紫外線下後，光阻劑完全溶解，先試試吸附在晶體管上的麵膜。

11》光阻層覆蓋的地方被保護起來不能被雕刻，而暴露的部分是可以的，也就是說需要在暴露的地方進行雕刻，就像我們做手術時，蓋在身上的單子，露出皮膚的地方也就是需要做手術的部位。

12》雕刻後去掉光阻層，這時晶體管的形狀就可見了。

13》然後再重新塗上藍色的光阻劑（藍色）暴露在紫外線下，進入下一步以前光阻層需要被洗刷，也叫做離子摻雜，這一過程就是讓離子微粒接觸到晶圓，從而使矽改變其化學性質，讓CPU可以控製電流。 

14》接下來的這個過程叫離子注入，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矽的導電性，離子需要非常高速的撞擊到晶圓表麵上，通過電場加速後的離子速度可以達到每小時30萬公裏。

15》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。

16》 這時晶體管是接近完成，晶體管洋紅色表麵是保溫層，上麵有三個洞，這三個洞將用來填補銅，以便連接到其他晶體管。

 

17》 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）。

18》 之後，銅離子作為銅箔曾附著在晶圓表麵。

19》多餘的材料是被拋光掉，留下了非常薄的一層銅。

20》 多金屬層是建立各種晶體管的互連，那麼如何將建築、設計和功能開發團隊各自設計的晶體管有線的連接在一起呢？例如，Intel的Core ì7處理器。雖然電腦芯片看起來十分平坦，但實際上可能有超過20層，形成複雜的電路。如果你放大一個芯片，你會看到一個複雜的電路網絡線和晶體管，看起來像一個未來的、多層次的公路係統。 

21》 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芯片，並監測比較芯片的反應，從而得到“正確的答案”(反饋的正確信息)。

22》 經測試後，晶圓好的部分將被確定作為處理器單元，然後將晶圓切割成很多小片（稱為核心或者叫內核）。 

 

23》 篩選核心的過程就是模具向晶圓進行測試看回饋的是否是“正確答案”（應該是某種測試參數），如果是，將繼續下一步，不合格的核心將被被丟棄，幾年前Intel還用壞掉的核心製作了鑰匙鏈。 

24》這是一個被分離出來的的核心，由上一道工序切割而成，上圖顯示的是Intel Core i7處理器的核心。

25》  綠色基板、模具（切割加工好的晶圓）以及散熱片放在一起形成一個完成的處理器，綠色基板（類似PCB）建立了處理器的電氣和機械接口，其他電腦係統互聯，銀色的是散熱片，也就是我們常見的處理器外麵的金屬殼，在處理器運行過程中提供散熱支持。 

26》 微處理器是地球上製造的最複雜的產品，事實上，它需要數以百計的步驟，我們這裏隻列出了最重要的部分。

27》在最後要測試處理器，將檢驗他們的主要特點（測試功耗和最高頻率） 。

28》基於測試的結果，將具有相同的能力的處理器歸屬一類，這一過程被稱為“分塊”過程，分級確定了處理器的最高工作頻率，根據穩定性等規格製定價格。 

    生產和測試的處理器（在這裏顯示的是Intel Core ì7處理器）要麼分成散裝銷往係統製造商，要麼分成盒裝在零售商店出售。 

    當你看完CPU的製作全過程，你是否認為CPU的原點就是一堆沙子呢？希望這些資料能夠保住你對CPU有更多的了解。