CPU这种极其精密的仪器是怎样生产出来的（大概）？

CPU这种极其精密的仪器是怎样生产出来的（大概）？

首先：取出一张利用激光器刚刚从类似干香肠一样的硅柱上切割下来的硅片，它的直径约为20cm。除了CPU之外，英特尔还可以在每一硅片上制作数百个微处理器。每一个微处理器都不足一平方厘米。

接着就是硅片镀膜了。相信学过化学的朋友都知道硅（Si）这个绝佳的半导体材料，它可以电脑里面最最重要的元素啊！在硅片表面增加一层由我们的老朋友二氧化硅(SiO2)构成的绝缘层。这是通过CPU能够导电的基础。其次就轮到光刻胶了，在硅片上面增加了二氧化硅之后，随后在其上镀上一种称为“光刻胶”的材料。这种材料在经过紫外线照射后会变软、变粘。然后就是光刻掩膜，在我们考虑制造工艺前很久，就早有一非常聪明的美国人在脑子里面设计出了CPU，并且想尽方法使其按他们的设计意图工作。CPU电路设计的照相掩模贴放在光刻胶的上方。照相字后自然要曝光“冲晒”了，我们将于是将掩模和硅片曝光于紫外线。这就象是放大机中的一张底片。该掩模允许光线照射到硅片上的某区域而不能照射到另一区域，这就形成了该设计的潜在映像。

一切都办妥了之后，就要到相当重要的刻蚀工艺出场了。我们采用一种溶液将光线照射后完全变软变粘的光刻胶“块”除去，这就露出了其下的二氧化硅。本工艺的最后部分是除去曝露的二氧化硅以及残余的光刻胶。对每层电路都要重复该光刻掩模和刻蚀工艺，这得由所生产的CPU的复杂程度来确定。尽管所有这些听起来象来自“星球大战”的高科技，但刻蚀实际上是一种非常古老的工艺。几个世纪以前，该工艺最初是被艺术家们用来在纸上、纺织品上甚至在树木上创作精彩绘画的。在微处理器的生产过程中，该照相刻蚀工艺可以依照电路图形刻蚀成导电细条，其厚度比人的一根头发丝还细许多倍。

接下来就是掺杂工艺。现在我们从硅片上已曝露的区域开始，首先倒入一化学离子混合液中。这一工艺改变掺杂区的导电方式，使得每个晶体管可以通、断、或携带数据。将此工艺一次又一次地重复，以制成该CPU的许多层。不同层可通过开启窗口联接起来。电子以高达400MHz或更高的速度在不同的层面间流上流下，窗口是通过使用掩膜重复掩膜、刻蚀步骤开启的。窗口开启后就可以填充他们了。窗口中填充的是种最普通的金属－铝。终于接近尾声了，我们把完工的晶体管接入自动测试设备中，这个设备每秒可作一万次检测，以确保它能正常工作。在通过所有的测试后必须将其封入一个陶瓷的或塑料的封壳中，这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。

目前，单单Intel具有14家芯片制造厂。尽管微处理器的基本原料是沙子（提炼硅），但工厂内空气中的一粒灰尘就可能毁掉成千上万的芯片。因此生产CPU的环境需非常干净。事实上，工厂中生产芯片的超净化室比医院内的手术室还要洁净1万倍。“一级”的超净化室最为洁净，每平方英尺只有一粒灰尘。为达到如此一个无菌的环境而采用的技术多令人难以置信。在每一个超净化室里，空气每分钟要彻底更换一次。空气从天花板压入，从地板吸出。净化室内部的气压稍高于外部气压。这样，如果净化室中出现裂缝，那么内部的洁净空气也会通过裂缝溜走－防止受污染的空气流入。但这只是事情一半。在芯片制造厂里，Intel有上千名员工。他们都穿着特殊的称为“兔装”的工作服。兔装是由一种特殊的非棉绒、抗静电纤维制成的，它可以防止灰尘、脏物和其它污染损坏生产中的计算机芯片。这兔装有适合每一个人的各种尺寸以及一系列颜色，甚至于白色。员工可以将兔装穿在在普通衣服的外面，但必须经过含有54个单独步骤的严格着装程序。而且每一次进入和离开超净化室都必须重复这个程序。因此，进入净化室之后就会停留一阵。在制造车间里，英特尔的技术专家们切割硅片，并准备印刻电路模板等一系列复杂程序。这个步骤将硅片变成了一个半导体，它可以象晶体管一样有打开和关闭两种状态。这些打开和关闭的状态对应于数字电码。把成千上万个晶体管集成在英特尔的微处理器上，能表示成千上万个电码，这样您的电脑就能处理一些非常复杂的软件公式了。 

CPU怎样做出来的

CPU 从诞生至今已经走过了20 余年的发展历程，C PU 的制造工艺和制造技术也有了长足的进步和发展。在介绍C PU 的制造过程之前，有必要先单独地介绍一下C PU 处理器的构造。^lo=rL

从外表观察，C PU 其实就是一块矩形固状物体，通过密密麻麻的众多管脚与主板相连。不过， 此时用户看到的不过是C PU 的外壳，用专业术语讲也就是C PU 的封装。]-D

而在CPU 的内部，其核心则是一片大小通常不到1/4 英寸的薄薄的硅晶片(英文名称为D ie，也就是核心的意思，P Ⅲ C o p p e r m i ne 和Duron 等C PU 中部的突起部分就是Die)。可别小瞧了这块面积不大的硅片，在它上面密不透风地布满了数以百万计的晶体管。这些晶体管的作用就好像是我们大脑上的神经元，相互配合协调，以此来完成各种复杂的运算和操作。`0J{&7

硅之所以能够成为生产CPU核心的重要半导体素材，最主要的原因就是其分布的广泛性且价格便宜。此外，硅还可以形成品质极佳的大块晶体，通过切割得到直径8 英寸甚至更大而厚度不足1 毫 米的圆形薄片，也就是我们平常讲的晶片(也叫晶圆)。一块这样的晶片可以切割成许多小片，其中 的每一个小片也就是一块单独C PU 的核心。当然，在执行这样的切割之前，我们也还有许多处理工 作要做。Z>

Intel 公司当年发布的4004 微处理器不过2300 个晶体管，而目前P Ⅲ铜矿处理器所包含的晶体管 已超过了2000 万个，集成度提高了上万倍，而用户却不难发现单个CPU 的核心硅片面积丝毫没有增 大，甚至越变越小，这是设计者不断改进制造工艺的结果。 ,hb6

除了制造材料外，线宽也是CPU 结构中的重要一环。线宽即是指芯片上的最基本功能单元门电路 的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。缩 小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系统更稳定，C PU 得以运行在更 高的频率下，而且可使用更小的晶圆，于是成本也就随之降低。iaMA

随着线宽的不断降低，以往芯片内部使用的铝连线的导电性能已逐渐满足不了要求，未来的处理器将采用导电特性更好的铜连线。AMD 公司在其面向高端的Athlon 系列Thunderbird(雷鸟)处理器 的高频率版本中已经开始采用铜连线技术。这样复杂的构造，大家自然也就会更关心“CPU 究竟是 怎么做出来的呢” 。客观地讲，最初的C PU 制造工艺比较粗糙，直到晶体管的产生与应用。众所 周知，C PU 中最重要的元件就属晶体管了。晶体管就像一个开关，而这两种最简单的“开和关” 的选择对应于电脑而言，也就是我们常常挂在嘴边的“0 和1 ”。明白了这个道理，就让我们来看 看C PU 是如何制造的。&

一、C P U 的制造=

1.切割晶圆 lD?<

所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划 分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个C PU 的内核(D i e)。X49^MY

2.影印（P h o t o l i t h o g r a p hy）iF

在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质，紫外线通过印制着CPU 复 杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。grxS

3.蚀刻(E t c h i n g)3:79G

用溶剂将被紫外线照射过的光阻物清除，然后再采用化学处理方式，把没有覆盖光阻物质部分 的硅氧化物层蚀刻掉。然后把所有光阻物质清除，就得到了有沟槽的硅基片。%MsoT

4.分层w>A]$!

为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、 蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。VCdyR=

5.离子注入(I o n I m p l a n t a t i o n){yr~v

通过离子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，形成门电路。 接下来的步骤就是不断重复以上的过程。一个完整的C PU 内核包含大约20 层，层间留出窗口， 填充金属以保持各层间电路的连接。完成最后的测试工作后，切割硅片成单个CPU 核心并进行封装， 一个C PU 便制造出来了。K[f7Z

另外，除了上述制造步骤外，生产C PU 的环境也十分重要，超洁净空间是C PU 制造的先决条 件。如果拿微处理器制造工厂中生产芯片的超净化室与医院内的手术室比较的话，相信后者也是 望尘莫及。作为一级的生产芯片超净化室，其每平方英尺只允许有一粒灰尘，而且每间超净化室 里的空气平均每分钟就要彻底更换一次。空气从天花板压入，从地板吸出。净化室内部的气压稍 高于外部气压。这样，如果净化室中出现裂缝，那么内部的洁净空气也会通过裂缝溜走，以此 来防止受污染的空气流入。 同时，在处理器芯片制造工厂里，I n t el 公司的上千名员工都身穿一 种特殊材料制造的“兔装”工作服。这种“兔装”工作服其实也是防尘的手段之一，它是由一 种极其特殊的非棉绒、抗静电纤维制成，可以避免灰尘、脏物或其他污染源损坏生产过程中的计 算机芯片。兔装可以穿着在普通衣服的外面，但必须经过含有54 个单独步骤的严格着装检验程wR

序，而且当着装者每次进入和离开超净化室时都必须重复这个程序。8Sv

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