微电子概论—浅谈cpu制造工艺

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1、微电子概论一浅谈cpu制造工艺经过一学期微电子概论的学习，我对微电子有个初步的了解，这门课是很有意思的，或者说时时刻刻散发着科学的魅力。在这次课上，我第一次对半导体材料有了较系统地了解。兴趣是最好的老师，我想让我以后更加注重这方面的学习，以下是我收集的冇关cpu制作工艺的文章。CPU的制造是一项极为复杂的过程，当今世上只有少数几家厂商具备研发和生产CPU的能力。CPU的发展史也可以看作是制作工艺的发展史。几乎每一次制作工艺的改进都能为CPU发展带来最强大的源动力，无论是Intel还是AMD,制作工艺都是发展蓝图屮的重屮之重。1、CPU的生产

2、过程要了解CPU的生产工艺，我们需要先知道CPU是怎么被制造出来的。让我们分几个步骤学习CPU的生产过程。(1)硅提纯生产CPU等芯片的材料是半导体，现阶段主要的材料是硅Si,这是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是口前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。在硅捉纯的过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶休围着这颗晶种生长，直到形成一个儿近完美的单晶硅。以往的硅锭的直径大都是200毫米

3、，而CPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。(2)切割晶圆硅锭造岀来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下来将被切割成片状，称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。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CPU的内核(Die)o一-般來说，晶圆切得越薄，相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。(3)影印(Photolithography)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

4、硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩來遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程，每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。(1)蚀刻(Etching)这是CPU生产过程中重要操作，也是CPU工业屮的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波t很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。然后，曝光的硅将被原子轰击，使得暴露的硅

5、基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，CPU的门电路就完成(。(2)重复、分层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，重复彩印、蚀刻过程，得到含多品硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍，形成一个3D的结构，这才是最终的CPU的核心。毎儿层中间都要填上金属作为导体oIntel的Pentium4处理器有7层,而AMD的Athlon64则达到了9层。层数决定于设计时CPU的布局，以及通过的电流大小。(3)封装这时的CPU是一块块品圆，它述不能直接被用户使用，必须将它封入一个陶

6、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。封装结构各有不同，但越高级的CPU封装也越复杂，新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升，并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。(4)多次测试测试是一个CPU制造的重要环节，也是一块CPU出厂前必要的考验。这一步将测试晶圆的电气性能，以检查是否岀了什么差错，以及这些差错出现在哪个步骤(如果可能的话)。接下来，晶圆上的每个CPU核心都将被分开测试。由于SRAM(静态随机存储器，CPU屮缓存的基本组成)结构复杂、密度高,所以缓存是CPU中容易出问题的部分，对缓存的测试也是CPU

7、测试中的重要部分。每块CPU将被进行完全测试，以检验其全部功能。某些CPU能够在较高的频率卜•运行，所以被标上了较高的频率；而有些CPU因为种种原因运行频率较低,所以被标上了较低的频率。最后，个别CPU可能存在某些功能上的缺陷，如果问题出在缓存上，制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存，这意味着这块CPU依然能够出售，只是它可能是Celeron等低端产品。当cpu被放进包装盒之前，-•般还要进行最后一次测试，以确保之前的工作准确无谋。根据前面确定的最高运行频率和缓存的不同，它们被放进不同的包装,销往世界各地。2、不断进步的生产工艺随着生产工艺的进

8、步，CPU应该是越做越小？可为什么现在CPU好像尺寸并没冇减少多少，那么是什么原因呢？实际上CPU厂商很希望把CPU的集成度进一步捉高，同样也需要把CPU做得更小，但是因为现在的