[精品]cpu的制造流程和工艺.doc

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1、cpu的制造流程和工艺CPU,CentralProcessorUnit,屮央处理•器.基本材料多数人都知道，现代的CPU是使用硅材料制成的。硅是一种非金属元索,从化学的角度来看，山于它处于元索周期表中金属元素区与非金属元索区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制适各种微小的晶体管，是H前最适宜于制适现代大规模集成电路的材料之一。从某种意义上说，沙滩上的沙子的主要成分也是硅(二氧化硅)，而生产CPU所使用的硅材料，实际上就是从沙子里面提取出來的。当然，CPU的制造过程中还要使用到一些其它的材料，这也就是为什么我

2、们不会看到Intel或者AMD只是把成吨的沙子拉往他们的制造厂。同时，制造CPU对硅材料的纯度要求极高，虽然來源于廉价的沙子，但是山于材料提纯工艺的复杂，我们还是无法将一百克高纯硅和一吨沙子的价格相提并论。制造CPU的另一种基本材料是金属。金属被用于制造CPU内部连接各个元件的电路。铝是常用的金属材料之一，因为它廉价，而且性能不差。而现今主流的CPU大都使用了铜來代替铝，因为铝的电迁移性太大,己经无法满足当前飞速发展的CPU制造工艺的需要。所谓电迁移，是指金属的个别原子在特定条件下(例如高电压)从原有的地方迁出

3、。很显然，如果不断有原子从连接元件的金属微电路上迁出，电路很快就会变得千疮百孔，直到断路。这也就是为什么超频者尝试对NorthwoodPentium4的电压进行大幅度提升时，这块悲命的CPU经常在“突发性Northwood死匸综合症(SuddenNorthwoodDeathSyndrome»SNDS)”屮休克甚至牺牲的原因。SNDS使得Intel第一次将铜互连(CopperInterconnect)技术应用到CPU的生产工艺中。铜互连技术能够明显的减少电迁移现象，同时还能比铝工艺制造的电路更小，这也是在纳米级制

4、造工艺屮不可忽视的一个问题。不仅仅如此铜比铝的电阴还要小得多。种种优势让铜互连工艺迅速取代了铝的位置，成为CPU制造的主流之选。除了硅和一定的金属材料之外，还有很多复杂的化学材料也参加了CPU的制造工作。准备丁作解决制造CPU的材料的问题之后，我们开始进入准备工作。在准备工作的过程中，一些原料将要被加工，以便使其电气性能达到制适CPU的要求。其一就是硅。首先，它将被通过化学的方法提纯，纯到儿乎没有任何杂质。同时它还得被转化成硅晶体，从本质上和海滩上的沙子划清界限。在这个过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的

5、石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体•这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。如果你在高中时把硫酸铜结晶实验做的很好,或者看到过单晶冰糖是怎么制造的，相信这个过程不难理解。同时你需要理解的是，很多固体物质都具有晶体结构，例如食盐。CPU制造过程屮的硅也是这样。小心而缓慢的搅拌硅的熔浆，硅晶体包用着晶种向同一个方向生长。最终，一块硅锭产生了。现在的硅锭的直径大都是200亳米，而CPU厂商正在准备制造300毫米直径的硅锭。在确保质量不变的前提下制造更大的硅锭难度显然更大，但CPU厂箭的投资解决了这个技

6、术难题。建造一个生产300毫米直径硅锭的制造厂大约需要35亿美元，Intel将用其产出的硅材料制造更加复杂的CPU.而建造一个相似的生产200毫米直径硅锭的制适厂只要15亿美元。作为第一个吃螃嫂的人，Intel显然需要付出更大的代价。花两倍多的钱建适这样一个制造厂似乎很划不:來，但从F文可以看出，这个投资是值得的。硅锭的制造方法还有很多，上面介绍的只是其中一种，叫做CZ制造法。硅锭造出来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下來将被切割成片状，称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。一般來说，晶圆切得越薄，相同最的

7、硅材料能够制造的CPU成品就越多。接下來晶圆将被解光，并被检查是否有变形或者其它问题。在这里，质杲检查直接决定着CPU的最终良品率，是极为重要的。没有问题的晶圆将被掺入适当的其它材料，用以在上面制造出各种晶体管。掺入的材料沉积在硅原子之间的缝隙屮。H前普遍使用的晶体管制造技术叫做CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductors,Il补式金属氧化物半导体)技术，相信这个词你经常见到。简单的解释一下，CMOS中的C(Complementary)是指两种不同的MOS电路“N”电路和

8、“P”电路之间的关系：它们是互补的。在电子学屮，“N”和“P”分别是Negative和Positive的缩写，用于表示极性。可以简单的这么理解，在“N"型的基片上可以安装“P”井制造“P”型的晶体管,而在“P”型基片上则可以安装“N”井制造“N”型晶体管。在多数情况下，制造厂向晶圆里掺入相关材料以制造“P”基片,因为在“P”基片上能够制造出具有更优良的性能,并且能有效的节省空间的“N”