關(guān)于CPU制作的工藝流程

　　篇一：CPU制作工藝流程

　　作為計(jì)算機(jī)的核心組件，CPU（Central Processor Unit，中央處理器）在用戶的心中一直是十分神秘的：在多數(shù)用戶的心目中，它都只是一個(gè)名詞縮寫(xiě)，他們甚至連它的全寫(xiě)都拚不出來(lái)；在一些硬件高手的眼里，CPU也至多是一塊十余平方厘米，有很多腳的塊塊兒，而CPU的核心部分甚至只有不到一平方厘米大。他們知道這塊不到一平方厘米大的玩意兒是用多少微米工藝制成的，知道它集成了幾億幾千萬(wàn)晶體管，但鮮有了解CPU的制造流程者。今天，就讓我們來(lái)詳細(xì)的了解一下，CPU是怎樣練成的。

　　多數(shù)人都知道，現(xiàn)代的CPU是使用硅材料制成的。硅是一種非金屬元素，從化學(xué)的角度來(lái)看，由于它處于元素周期表中金屬元素區(qū)與非金屬元素區(qū)的交界處，所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，適合于制造各種微小的晶體管，是目前最適宜于制造現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的材料之一。從某種意義上說(shuō)，沙灘上的沙子的主要成分也是硅（二氧化硅），而生產(chǎn)CPU所使用的硅材料，實(shí)際上就是從沙子里面提取出來(lái)的。當(dāng)然，CPU的制造過(guò)程中還要使用到一些其它的材料，這也就是為什么我們不會(huì)看到Intel或者AMD只是把成噸的沙子拉往他們的制造廠。同時(shí)，制造CPU對(duì)硅材料的純度要求極高，雖然來(lái)源于廉價(jià)的沙子，但是由于材料提純工藝的復(fù)雜，我們還是無(wú)法將一百克高純硅和一噸沙子的價(jià)格相提并論。

　　制造CPU的另一種基本材料是金屬。金屬被用于制造CPU內(nèi)部連接各個(gè)元件的電路。鋁是常用的金屬材料之一，因?yàn)樗�廉價(jià)，而且性能不差。而現(xiàn)今主流的CPU大都使用了銅來(lái)代替鋁，因?yàn)殇X的電遷移性太大，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前飛速發(fā)展的CPU制造工藝的需要。所謂電遷移，是指金屬的個(gè)別原子在特定條件下（例如高電壓）從原有的地方遷出。

　　很顯然，如果不斷有原子從連接元件的金屬微電路上遷出，電路很快就會(huì)變得千瘡百孔，直到斷路。這也就是為什么超頻者嘗試對(duì)Northwood Pentium 4的電壓進(jìn)行大幅度提升時(shí)，這塊悲命的CPU經(jīng)常在“突發(fā)性Northwood死亡綜合癥（Sudden Northwood Death Syndrome，SNDS）”中休克甚至犧牲的原因。SNDS使得Intel第一次將銅互連（Copper Interconnect）技術(shù)應(yīng)用到CPU的生產(chǎn)工藝中。銅互連技術(shù)能夠明顯的減少電遷移現(xiàn)象，同時(shí)還能比鋁工藝制造的電路更小，這也是在納米級(jí)制造工藝中不可忽視的一個(gè)問(wèn)題。

　　不僅僅如此，銅比鋁的電阻還要小得多。種種優(yōu)勢(shì)讓銅互連工藝迅速取代了鋁的位置，成為CPU制造的主流之選。除了硅和一定的金屬材料之外，還有很多復(fù)雜的化學(xué)材料也參加了CPU的制造工作。

　　解決制造CPU的材料的問(wèn)題之后，我們開(kāi)始進(jìn)入準(zhǔn)備工作。在準(zhǔn)備工作的過(guò)程中，一些原料將要被加工，以便使其電氣性能達(dá)到制造CPU的要求。其一就是硅。首先，它將被通過(guò)化學(xué)的方法提純，純到幾乎沒(méi)有任何雜質(zhì)。同時(shí)它還得被轉(zhuǎn)化成硅晶體，從本質(zhì)上和海灘上的沙子劃清界限。

　　在這個(gè)過(guò)程中，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長(zhǎng)，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。如果你在高中時(shí)把硫酸銅結(jié)晶實(shí)驗(yàn)做的很好，或者看到過(guò)單晶冰糖是怎么制造的，相信這個(gè)過(guò)程不難理解。同時(shí)

　　你需要理解的是，很多固體物質(zhì)都具有晶體結(jié)構(gòu)，例如食鹽。CPU制造過(guò)程中的硅也是這樣。小心而緩慢的攪拌硅的熔漿，硅晶體包圍著晶種向同一個(gè)方向生長(zhǎng)。最終，一塊硅錠產(chǎn)生了。

　　現(xiàn)在的硅錠的直徑大都是200毫米，而CPU廠商正在準(zhǔn)備制造300毫米直徑的硅錠。在確保質(zhì)量不變的前提下制造更大的硅錠難度顯然更大，但CPU廠商的投資解決了這個(gè)技術(shù)難題。建造一個(gè)生產(chǎn)300毫米直徑硅錠的制造廠大約需要35億美元，Intel將用其產(chǎn)出的硅材料制造更加復(fù)雜的CPU。而建造一個(gè)相似的生產(chǎn)200毫米直徑硅錠的制造廠只要15億美元。作為第一個(gè)吃螃蟹的人，Intel顯然需要付出更大的代價(jià)�；▋杀抖嗟腻X建造這樣一個(gè)制造廠似乎很劃不來(lái)，但從下文可以看出，這個(gè)投資是值得的。硅錠的制造方法還有很多，上面介紹的只是其中一種，叫做CZ制造法。

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