CPU是怎么被制造出來(lái)的?CPU制作全過(guò)程(上)

在這篇文章中，小編將為大家?guī)?lái)CPU制造過(guò)程的部分報(bào)道。如果你對(duì)本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、硅提純

生產(chǎn) CPU 等芯片的材料是半導(dǎo)體，現(xiàn)階段主要的材料是硅 Si ，這是一種非金屬元素，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。

在硅提純的過(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。以往的硅錠的直徑大都是 200 毫米，而 CPU 廠商正在增加 300 毫米晶圓的生產(chǎn)。雖然硅在地殼中是第二多的元素，但它是由多種化合物組成，主要有不純的二氧化硅和硅酸鹽(Si+O+另外元素)，在自然中沒(méi)有單純的硅元素。制造半導(dǎo)體器件所用的單晶硅是一種人造材料。低品質(zhì)的二氧化硅首先在電爐里與碳一起加熱，通過(guò)碳對(duì)不純的二氧化硅進(jìn)行還原(減少二氧化硅)，得到不純的元素硅。

經(jīng)過(guò)氯化處理后形成一種氯化物，如四氯化硅(SiCl4)或三氯氫硅(SiHCl3)，這兩種化合物在室溫下是液體。事實(shí)證明液化過(guò)程是行之有效的方法。鑒于固體提純的困難性，許多提純的標(biāo)準(zhǔn)工藝都是利用液體來(lái)提純的。

通過(guò)多重蒸餾和其他液體提純之后可得到超純度的SiCl4或SiHCl3。

最后，用化學(xué)方法對(duì)高純度的氯化物進(jìn)行還原，可以得到所期望的超純?cè)毓?。例如：SiCl4在氫氣氛中加熱可生成4HCl+Si，即[SiCl4+2H2→4HCl+Si]。

二、切割晶圓

硅錠造出來(lái)了，并被整型成一個(gè)完美的圓柱體，接下來(lái)將被切割成片狀，稱(chēng)為晶圓。晶圓才被真正用于 CPU 的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè) CPU 的內(nèi)核 (Die) 。一般來(lái)說(shuō)，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的 CPU 成品就越多。

晶圓工藝主要流程包括：

晶棒成長(zhǎng) -- 晶棒裁切與檢測(cè) -- 外徑研磨 -- 切片 -- 圓邊 -- 表層研磨 -- 蝕刻 -- 去疵 -- 拋光 -- 清洗 -- 檢驗(yàn) -- 包裝

1、晶棒成長(zhǎng)工序：它又可細(xì)分為：

1)融化

2)頸部成長(zhǎng)

3)晶冠成長(zhǎng)

4)晶體成長(zhǎng)

5)尾部成長(zhǎng)

2、晶棒裁切與檢測(cè)：將長(zhǎng)成的晶棒去掉直徑偏小的頭、尾部分，并對(duì)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，以決定下步加工的工藝參數(shù)。

3、外徑研磨：由于在晶棒成長(zhǎng)過(guò)程中，其外徑尺寸和圓度均有一定偏差，其外園柱面也凹凸不平，所以必須對(duì)外徑進(jìn)行修整、研磨，使其尺寸、形狀誤差均小于允許偏差。

4、切片：由于硅的硬度非常大，所以在本工序里，采用環(huán)狀、其內(nèi)徑邊緣鑲嵌有鉆石顆粒的薄片鋸片將晶棒切割成一片片薄片。

5、圓邊：由于剛切下來(lái)的晶片外邊緣很鋒利，硅單晶又是脆性材料，為避免邊角崩裂影響晶片強(qiáng)度、破壞晶片表面光潔和對(duì)后工序帶來(lái)污染顆粒，必須用專(zhuān)用的電腦控制設(shè)備自動(dòng)修整晶片邊緣形狀和外徑尺寸。

6、研磨：研磨的目的在于去掉切割時(shí)在晶片表面產(chǎn)生的鋸痕和破損，使晶片表面達(dá)到所要求的光潔度。

7、蝕刻：以化學(xué)蝕刻的方法，去掉經(jīng)上幾道工序加工后在晶片表面因加工應(yīng)力而產(chǎn)生的一層損傷層。

8、去疵：用噴砂法將晶片上的瑕疵與缺陷感到下半層，以利于后續(xù)加工。

9、拋光：對(duì)晶片的邊緣和表面進(jìn)行拋光處理，一來(lái)進(jìn)一步去掉附著在晶片上的微粒，二來(lái)獲得極佳的表面平整度，以利于后面所要講到的晶圓處理工序加工。

10、清洗：將加工完成的晶片進(jìn)行最后的徹底清洗、風(fēng)干。

11、檢驗(yàn)：進(jìn)行最終全面的檢驗(yàn)以保證產(chǎn)品最終達(dá)到規(guī)定的尺寸、形狀、表面光潔度、平整度等技術(shù)指標(biāo)。

12、包裝

三、影印

在經(jīng)過(guò)熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻 (Photoresist)物質(zhì)，紫外線通過(guò)印制著 CPU 復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區(qū)域也受到光的干擾，必須制作遮罩來(lái)遮蔽這些區(qū)域。這是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，每一個(gè)遮罩的復(fù)雜程度得用 10GB 數(shù)據(jù)來(lái)描述。

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