电脑CPU制造全过程,1个针尖那么大就有大约3000万个电流开关

沙子:硅是地壳内第二丰富的元素,而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅(SiO2)的形式存在,这也是半导体制造产业的基础。

硅熔炼:12英寸/300毫米晶圆级。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅,学名电子级硅(EGS),平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的,最后得到的就是硅锭(Ingot)。

硅锭切割:横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆。切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子光刻胶(Photo Resist):图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体,类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平 光刻胶层随后透过掩模被曝光在紫外线之下变得可溶,掩模上印着预先设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,就会形成微处理器的每一层电路图案。一块晶圆上可以切割出数百个处理器,晶体管相当于开关,控制着电流的方向,一个针头上就能放下大约3000万个。

溶解光刻胶、蚀刻、清除光刻胶

光刻胶:再次浇上光刻胶(蓝色部分),然后光刻,并洗掉曝光的部分,剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料

离子注入:在真空系统中,用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料,从而在被注入的区域形成特殊的注入层,并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后的离子流速度可以超过30万千米每小时

清除光刻胶:离子注入完成后,光刻胶也被清除,而注入区域(绿色部分)也已掺杂,注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。

晶体管就绪:至此,晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞,并填充铜,以便和其它晶体管互连。

电镀:在晶圆上电镀一层硫酸铜,将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。铜层:电镀完成后,铜离子沉积在晶圆表面,形成一个薄薄的铜层。

抛光:将多余的铜抛光掉,也就是磨光晶圆表面。

金属层:在不同晶体管之间形成复合互连金属层,具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。

晶圆测试:内核级别,大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部,正在接受第一次功能性测试,使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。

晶圆切片(Slicing):晶圆级别,300毫米/12英寸。将晶圆切割成块,每一块就是一个处理器的内核(Die)

丢弃瑕疵内核:晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃,留下完好的准备进入下一步

单个内核:内核级别。从晶圆上切割下来的单个内核,这里展示的是Core i7的核心

封装:封装级别,20毫米/1英寸。衬底(基片)、内核、散热片堆叠在一起,就形成了我们看到的处理器的样子。衬底(绿色)相当于一个底座,并为处理器内核提供电气与机械界面,便于与PC系统的其它部分交互。散热片(银色)就是负责内核散热的了

至此就得到完整的处理器了(这里是一颗Core i7) 。

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