cpu發(fā)展史和生產(chǎn)工藝流程(編輯修改稿)
2025-06-03 18:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)模集成電路的材料之一。從某種意義上說，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，實際上就是從沙子里面提取出來的。當然， CPU的制造過程中還要使用到一些其它的材料，這也就是為什么我們不 會看到 Intel或者 AMD只是把成噸的沙子拉往他們的制造廠。同時，制造CPU對硅材料的純度要求極高，雖然來源于廉價的沙子，但是由于材料提純工藝的 復(fù)雜，我們還是無法將一百克高純硅和一噸沙子的價格相提并論。 制造 CPU的另一種基本材料是金屬。金屬被用于制造 CPU內(nèi)部連接各個元件的電路。鋁是常用的金屬材料之一，因為它廉價，而且性能不差。而現(xiàn)今 主流的 CPU大都使用了銅來代替鋁，因為鋁的電遷移性太大，已經(jīng)無法滿足當前飛速發(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，電路很快就會變得千瘡百孔，直到斷路。這也就是為什么超頻者嘗試對 Northwood Pentium 4的電壓進行大幅度提升時，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，同時還能比鋁工藝制造的電路更小，這也是在納米級制造工 藝中不可忽視的一個問題。 不僅僅如此，銅比鋁的電阻還要小得多。種種優(yōu)勢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。 準備工作 解決制造 CPU的材料的問題之后，我們開始進入準備工作。在準備工作的過程中，一些原料將要被加工，以便使其電氣性能達到制造 CPU的要求。其 一就是 硅。首先，它將被通過化學(xué)的方法提純，純到幾乎沒有任何雜質(zhì)。同時它還得被轉(zhuǎn)化成硅晶體，從本質(zhì)上和海灘上的沙子劃清界限。 在這個過程中，原材料硅將被熔化，并放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長，直到形成一個幾近完美的 單晶 硅。如果你在高中時把硫酸銅結(jié)晶實驗做的很好，或者看到過單晶冰糖是怎么制造的，相信這個過程不難理解。同時你需要理解的是，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方向生長。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技術(shù)難題。建造一個生產(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。作為第一個吃螃蟹的人， Intel顯然需要付出更大的代價?；▋杀抖嗟腻X建造這樣一個制造廠似乎 很劃不來，但從下文可以看出，這個投資是值得的。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。 硅錠造出來了，并被整型成一個完美的圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用于 CPU的制造。一般來說，晶圓切得越薄，相同量 的硅材 料能夠制造的 CPU成品就越多。接下來晶圓將被磨光，并被檢查是否有變形或者其它問題。在這里，質(zhì)量檢查直接決定著 CPU的最終良品率，是極為重要的。 沒有問題的晶圓將被摻入適當?shù)钠渌牧希靡栽谏厦嬷圃斐龈鞣N晶體管。摻入的材料沉積在硅原子之間的縫隙中。目前普遍使用的晶體管制造技術(shù)叫做 CMOS（ Complementary Metal Oxide Semiconductors，互
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