CPU中電晶體 和 CPU製造過程

2021-09-25 18:51:19 字數 1363 閱讀 6878

要了解cpu的生產工藝,我們需要先知道cpu是怎麼被製造出來的。

(1) 矽提純

生產cpu等晶元的材料是半導體,現階段主要的材料是矽si,這是一種非金屬元素,從化學的角度來看,由於它處於元素週期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處,所以具有半導體的性質,適合於製造各種微小的電晶體,是目前最適宜於製造現代大規模積體電路的材料之一。   在矽提純的過程中,原材料矽將被熔化,並放進乙個巨大的石英熔爐。這時向熔爐裡放入一顆晶種,以便矽晶體圍著這顆晶種生長,直到形成乙個幾近完美的單晶矽。以往的矽錠的直徑大都是300公釐,而cpu廠商正在增加300公釐晶圓的生產。

(2)切割晶圓

矽錠造出來了,並被整型成乙個完美的圓柱體,接下來將被切割成片狀,稱為晶圓。晶圓才被真正用於cpu的製造。所謂的「切割晶圓」也就是用機器從單晶矽棒上切割下一片事先確定規格的矽晶元,並將其劃分成多個細小的區域,每個區域都將成為乙個cpu的核心(die)。一般來說,晶圓切得越薄,相同量的矽材料能夠製造的cpu成品就越多。

(3)影印(photolithography)

在經過熱處理得到的矽氧化物層上面塗敷一種光阻(photoresist)物質,紫外線通過印製著cpu複雜電路結構圖樣的模板照射矽基片,被紫外線照射的地方光阻物質溶解。而為了避免讓不需要被**的區域也受到光的干擾,必須製作遮罩來遮蔽這些區域。這是個相當複雜的過程,每乙個遮罩的複雜程度得用10gb資料來描述。

(4)蝕刻(etching)

這是cpu生產過程中重要操作,也是cpu工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的應用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上,使之**。接下來停止光照並移除遮罩,使用特定的化學溶液清洗掉被**的光敏抗蝕膜,以及在***貼著抗蝕膜的一層矽。   然後,**的矽將被原子轟擊,使得暴露的矽基片區域性摻雜,從而改變這些區域的導電狀態,以製造出n井或p井,結合上面製造的基片,cpu的閘電路就完成了。

(5)重複、分層

為加工新的一層電路,再次生長矽氧化物,然後沉積一層多晶矽,塗敷光阻物質,重複影印、蝕刻過程,得到含多晶矽和矽氧化物的溝槽結構。重複多遍,形成乙個3d的結構,這才是最終的cpu的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導體。intel的pentium 4處理器有7層,而amd的athlon

64則達到了9層。層數決定於設計時cpu的布局,以及通過的電流大小。

(6)封裝

這時的cpu是一塊塊晶圓,它還不能直接被使用者使用,必須將它封入乙個陶瓷的或塑料的封殼中,這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結構各有不同,但越高階的cpu封裝也越複雜,新的封裝往往能帶來晶元電氣效能和穩定性的提公升,並能間接地為主頻的提公升提供堅實可靠的基礎。

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《cpu是如何製造出來的(附高畫質全程**) 》

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