酷叡由沙子構成！解析CPU制造全過程[圖]

● CPU制造的准備階段

    在必備原材料的采集工作完畢之後，這些原材料中的一部分需要進行一些預處理工作。而作為最主要的原料，硅的處理工作至關重要。首先，硅原料要進行化學提純，這一步驟使其達到可供半導體工業使用的原料級別。而為了使這些硅原料能夠滿足集成電路制造的加工需要，還必須將其整形，這一步是通過溶化硅原料，然後將液態硅注入大型高溫石英容器而完成的。

 晶圓上的方塊稱為『芯片（die）』
每個微處理器都會成為個人計算機系統的『大腦』。

    而後，將原料進行高溫溶化。中學化學課上我們學到過，許多固體內部原子是晶體結構，硅也是如此。為了達到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純淨，及單晶硅。然後從高溫容器中采用旋轉拉伸的方式將硅原料取出，此時一個圓柱體的硅錠就產生了。從目前所使用的工藝來看，硅錠圓形橫截面的直徑為200毫米。不過現在Intel和其它一些公司已經開始使用300毫米直徑的硅錠了。在保留硅錠的各種特性不變的情況下增加橫截面的面積是具有相當的難度的，不過只要企業肯投入大批資金來研究，還是可以實現的。Intel為研制和生產300毫米硅錠而建立的工廠耗費了大約35億美元，新技術的成功使得Intel可以制造復雜程度更高，功能更強大的集成電路芯片。而200毫米硅錠的工廠也耗費了15億美元。下面就從硅錠的切片開始介紹CPU的制造過程。

    在制成硅錠並確保其是一個絕對的圓柱體之後，下一個步驟就是將這個圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產的處理器芯片就更多。切片還要鏡面精加工的處理來確保表面絕對光滑，之後檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質量檢驗尤為重要，它直接決定了成品CPU的質量。

    新的切片中要摻入一些物質而使之成為真正的半導體材料，而後在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質原子進入硅原子之間的空隙，彼此之間發生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導體的特性。今天的半導體制造多選擇CMOS工藝（互補型金屬氧化物半導體）。其中互補一詞表示半導體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負極和正極。多數情況下，切片被摻入化學物質而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來設計，這種類型的晶體管空間利用率更高也更加節能。同時在多數情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現，因為在制造過程的後期，需要將N型材料植入P型襯底當中，而這一過程會導致pMOS管的形成。

    在摻入化學物質的工作完成之後，標准的切片就完成了。然後將每一個切片放入高溫爐中加熱，通過控制加溫時間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過密切監測溫度，空氣成分和加溫時間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。在Intel的90納米制造工藝中，門氧化物的寬度小到了驚人的5個原子厚度。這一層門電路也是晶體管門電路的一部分，晶體管門電路的作用是控制其間電子的流動，通過對門電壓的控制，電子的流動被嚴格控制，而不論輸入輸出端口電壓的大小。

    准備工作的最後一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個感光層。這一層物質用於同一層中的其它控制應用。這層物質在乾燥時具有很好的感光效果，而且在光刻蝕過程結束之後，能夠通過化學方法將其溶解並除去。