CPU的生產流程

1、硅提純

生產CPU等(deng)芯片的(de)材(cai)料是半導體，現階段(duan)主要的(de)材(cai)料是硅Si，這(zhe)是(shi)一種(zhong)非金(jin)屬元(yuan)素，從化學的(de)(de)(de)(de)角(jiao)度來看，由(you)于(yu)它處(chu)于(yu)元(yuan)素周期表中金(jin)屬元(yuan)素區與(yu)非金(jin)屬元(yuan)素區的(de)(de)(de)(de)交(jiao)界處(chu)，所(suo)以具(ju)有(you)半導體的(de)(de)(de)(de)性質，適合于(yu)制(zhi)造(zao)各(ge)種(zhong)微小的(de)(de)(de)(de)晶體管，是(shi)目前最適宜于(yu)制(zhi)造(zao)現代大規模集成電(dian)路的(de)(de)(de)(de)材料之一。

在硅(gui)(gui)提純(chun)的(de)過程中(zhong)，原材料硅(gui)(gui)將被熔(rong)(rong)化，并(bing)放進(jin)一個巨(ju)大(da)的(de)石英熔(rong)(rong)爐(lu)。這時向熔(rong)(rong)爐(lu)里放入一顆晶(jing)種，以(yi)便(bian)硅(gui)(gui)晶(jing)體(ti)圍著(zhu)這顆晶(jing)種生長，直(zhi)到(dao)形成一個幾近完美的(de)單晶(jing)硅(gui)(gui)。以(yi)往的(de)硅(gui)(gui)錠的(de)直(zhi)徑大(da)都是200毫米，而(er)CPU廠商正(zheng)在增加300毫米晶圓(yuan)的生(sheng)產。

2、切割晶圓

硅錠造出來了，并被整型成一個完美的圓(yuan)柱體(ti)，接下來將被切(qie)割成片狀，稱為晶圓(yuan)。晶圓(yuan)才被真正用于(yu)CPU的制造。所謂的“切割(ge)(ge)晶圓”也就是(shi)用機器(qi)從單晶硅棒(bang)上切割(ge)(ge)下一(yi)片事先確定規格的硅晶片，并(bing)將其劃分成(cheng)多個(ge)細小(xiao)的區域，每個(ge)區域都(dou)將成(cheng)為一(yi)個(ge)CPU的內核(Die)。一般來說(shuo)，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能(neng)夠制造的CPU成品就越多。

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3、影印

在經過(guo)熱處(chu)理(li)得到的硅氧化物層(ceng)上面涂(tu)敷一種光阻(Photoresist)物質，紫外線(xian)通(tong)過印(yin)制著CPU復(fu)雜電路結構(gou)圖樣的模板(ban)照射硅基片(pian)，被(bei)紫(zi)外線照射的地方光(guang)阻物質溶解(jie)。而為了避(bi)免(mian)讓不需要被(bei)曝(pu)光(guang)的區域(yu)也(ye)受到光(guang)的干擾，必須制作遮(zhe)罩來遮(zhe)蔽這些區域(yu)。這是個(ge)相當復(fu)雜的過程，每一個(ge)遮(zhe)罩的復(fu)雜程度得(de)用(yong)10GB數據來描述。

4、蝕刻

這是CPU生產過程中重要操(cao)作，也是CPU工業中的重頭(tou)(tou)技術(shu)。蝕(shi)刻(ke)技術(shu)把對(dui)光(guang)(guang)的應用(yong)推向了極限(xian)。蝕(shi)刻(ke)使(shi)用(yong)的是波長(chang)很短的紫外光(guang)(guang)并配合很大的鏡頭(tou)(tou)。短波長(chang)的光(guang)(guang)將透過這些石英遮罩的孔照在光(guang)(guang)敏抗蝕(shi)膜上，使(shi)之(zhi)曝(pu)光(guang)(guang)。接下來(lai)停止光(guang)(guang)照并移除遮罩，使(shi)用(yong)特定的化學溶液清(qing)洗(xi)掉(diao)被(bei)曝(pu)光(guang)(guang)的光(guang)(guang)敏抗蝕(shi)膜，以(yi)及在下面緊貼著抗蝕(shi)膜的一層硅。

然后，曝光(guang)的硅將被原子轟擊(ji)，使得暴露的硅基(ji)片局部摻雜，從而改變這(zhe)些區域(yu)的導電狀態，以制造(zao)出N井或P井，結合上(shang)面制(zhi)造的(de)基片，CPU的門電(dian)路就完(wan)成了。

5、重復、分層

為加(jia)工新的(de)一(yi)層電路(lu)，再次生長(chang)硅(gui)氧化物，然后沉積一(yi)層多(duo)晶(jing)硅(gui)，涂敷光阻物質(zhi)，重復影印、蝕刻過程，得到含(han)多(duo)晶(jing)硅(gui)和硅(gui)氧化物的(de)溝槽結構(gou)。重復多(duo)遍，形成一(yi)個3D的(de)結(jie)構(gou)，這才(cai)是最終(zhong)的(de)CPU的核心。每(mei)幾層中(zhong)間都(dou)要填(tian)上金屬(shu)作為導(dao)體。Intel的Pentium 4處(chu)理器有7層，而(er)AMD的(de)Athlon 64則達到了9層。層數決定(ding)于設計(ji)時CPU的布(bu)局，以及(ji)通過(guo)的電(dian)流大小(xiao)。

6、封裝

這時的(de)CPU是一(yi)塊塊晶圓，它(ta)還(huan)不能直接被用戶(hu)使用，必須將它(ta)封(feng)入一(yi)個(ge)陶(tao)瓷的(de)或(huo)塑料的(de)封(feng)殼中，這樣它(ta)就可(ke)以很容易地裝在一(yi)塊電路板(ban)上(shang)了(le)。封(feng)裝結構各有不同，但(dan)越高(gao)級的(de)CPU封(feng)裝也越復雜，新(xin)的(de)封(feng)裝往往能帶來芯片電氣性(xing)能和(he)穩(wen)定性(xing)的(de)提升，并能間(jian)接地為主頻的(de)提升提供堅實可(ke)靠的(de)基(ji)礎(chu)。

7、多次測試

測試是一個CPU制造的(de)重要環節，也是一塊(kuai)CPU出(chu)廠(chang)前(qian)必(bi)要(yao)的(de)考驗。這一步(bu)將測試晶(jing)(jing)圓(yuan)的(de)電氣性能(neng)，以(yi)檢查是(shi)否出(chu)了什么差錯(cuo)(cuo)，以(yi)及這些差錯(cuo)(cuo)出(chu)現(xian)在哪個(ge)步(bu)驟(zou)（如果可能(neng)的(de)話(hua)）。接下來，晶(jing)(jing)圓(yuan)上的(de)每個(ge)CPU核心(xin)都將(jiang)被分開測試(shi)。

由于SRAM（靜(jing)態隨機存儲器，CPU中緩存的基本(ben)組成(cheng)）結構復雜(za)、密(mi)度高(gao)，所以緩存是CPU中容易出(chu)問題(ti)的(de)部(bu)分(fen)，對(dui)緩存的(de)測試(shi)也是CPU測試中的重(zhong)要部(bu)分(fen)。

每(mei)塊CPU將被進(jin)行完全(quan)測試(shi)，以檢驗其全(quan)部功(gong)能(neng)。某些CPU能夠在較高的頻率(lv)下運(yun)行，所(suo)以被標上了(le)較高的頻率(lv)；而有(you)些CPU因為(wei)種種原因運行(xing)頻率(lv)較(jiao)低，所以被標上了較(jiao)低的頻率(lv)。最后，個別CPU可(ke)能存(cun)在某(mou)些功能上的缺陷，如果問題出在緩存(cun)上，制造商仍然(ran)可(ke)以屏蔽(bi)掉它的部分緩存(cun)，這意(yi)味著這塊(kuai)CPU依(yi)然能夠出售，只是(shi)它可能是(shi)Celeron等低端產(chan)品。

當CPU被(bei)放進(jin)包裝(zhuang)盒之前(qian)，一般還要進(jin)行(xing)(xing)最后一次測試，以(yi)確保之前(qian)的(de)(de)工(gong)作(zuo)準確無誤(wu)。根(gen)據前(qian)面確定的(de)(de)最高運行(xing)(xing)頻率和緩存的(de)(de)不同(tong)，它們被(bei)放進(jin)不同(tong)的(de)(de)包裝(zhuang)，銷往(wang)世界(jie)各地。