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《硬件cpu的制造工藝》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、硬件CPU的制造工藝 CPU從誕生至今已經(jīng)走過了20余年的發(fā)展歷程，CPU的制造工藝和制造技術(shù)也有了長足的進(jìn)步和發(fā)展。在介紹CPU的制造過程之前，有必要先單獨地介紹一下CPU處理器的構(gòu)造?！ 耐獗碛^察，CPU其實就是一塊矩形固狀物體，通過密密麻麻的眾多管腳與主板相連。不過，此時用戶看到的不過是CPU的外殼，用專業(yè)術(shù)語講也就是CPU的封裝?！ 《贑PU的內(nèi)部，其核心則是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片(英文名稱為Die，也就是核心的意思，PⅢCoppermine和Duron等CPU中部的突起
2、部分就是Die)?？蓜e小瞧了這塊面積不大的硅片，在它上面密不透風(fēng)地布滿了數(shù)以百萬計的晶體管。這些晶體管的作用就好像是我們大腦上的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，以此來完成各種復(fù)雜的運算和操作?！ 」柚阅軌虺蔀樯a(chǎn)CPU核心的重要半導(dǎo)體素材，最主要的原因就是其分布的廣泛性且價格便宜。此外，硅還可以形成品質(zhì)極佳的大塊晶體，通過切割得到直徑8英寸甚至更大而厚度不足1毫米的圓形薄片，也就是我們平常講的晶片(也叫晶圓)。一塊這樣的晶片可以切割成許多小片，其中的每一個小片也就是一塊單獨CPU的核心。當(dāng)然，在執(zhí)行這樣的切割
3、之前，我們也還有許多處理工作要做?！ ntel公司當(dāng)年發(fā)布的4004微處理器不過2300個晶體管，而目前PⅢ銅礦處理器所包含的晶體管已超過了2000萬個，集成度提高了上萬倍，而用戶卻不難發(fā)現(xiàn)單個CPU的核心硅片面積絲毫沒有增大，甚至越變越小，這是設(shè)計者不斷改進(jìn)制造工藝的結(jié)果。 除了制造材料外，線寬也是CPU結(jié)構(gòu)中的重要一環(huán)。線寬即是指芯片上的最基本功能單元門電路的寬度，因為實際上門電路之間連線的寬度同門電路的寬度相同，所以線寬可以描述制造工藝?？s小線寬意味著晶體管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功
4、耗，系統(tǒng)更穩(wěn)定，CPU得以運行在更高的頻率下，而且可使用更小的晶圓，于是成本也就隨之降低?！ ‰S著線寬的不斷降低，以往芯片內(nèi)部使用的鋁連線的導(dǎo)電性能已逐漸滿足不了要求，未來的處理器將采用導(dǎo)電特性更好的銅連線。AMD公司在其面向高端的Athlon系列Thunderbird(雷鳥)處理器的高頻率版本中已經(jīng)開始采用銅連線技術(shù)。這樣復(fù)雜的構(gòu)造，大家自然也就會更關(guān)心"CPU究竟是怎么做出來的呢" ?？陀^地講，最初的CPU制造工藝比較粗糙，直到晶體管的產(chǎn)生與應(yīng)用。玉林電腦城工程師程先生介紹說，眾所周知，CPU中最重
5、要的元件就屬晶體管了。晶體管就像一個開關(guān)，而這兩種最簡單的"開和關(guān)"的選擇對應(yīng)于電腦而言，也就是我們常常掛在嘴邊的"0和1"。明白了這個道理，就讓我們來看看CPU是如何制造的?！ ∫?、CPU的制造 1.切割晶圓 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，并將其劃分成多個細(xì)小的區(qū)域，每個區(qū)域都將成為一個CPU的內(nèi)核(Die)?！ ?.影?。≒hotolithography） 在經(jīng)過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻(Photoresist)物質(zhì)，紫外線通過印制著C
6、PU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?！ ?.蝕刻(Etching) 用溶劑將被紫外線照射過的光阻物清除，然后再采用化學(xué)處理方式，把沒有覆蓋光阻物質(zhì)部分的硅氧化物層蝕刻掉。然后把所有光阻物質(zhì)清除，就得到了有溝槽的硅基片?！ ?.分層 為加工新的一層電路，再次生長硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、蝕刻過程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)?！ ?.離子注入(IonImplantation) 通過離子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的
7、導(dǎo)電狀態(tài)，形成門電路。接下來的步驟就是不斷重復(fù)以上的過程。一個完整的CPU內(nèi)核包含大約20層，層間留出窗口，填充金屬以保持各層間電路的連接。完成最后的測試工作后，切割硅片成單個CPU核心并進(jìn)行封裝，一個CPU便制造出來了。 另外，除了上述制造步驟外，生產(chǎn)CPU的環(huán)境也十分重要，超潔凈空間是CPU制造的先決條件。如果拿微處理器制造工廠中生產(chǎn)芯片的超凈化室與醫(yī)院內(nèi)的手術(shù)室比較的話，相信后者也是望塵莫及。作為一級的生產(chǎn)芯片超凈化室，其每平方英尺只允許有一?；覊m，而且每間超凈化室里的空氣平均每分鐘就要徹底更換
8、一次?？諝鈴奶旎ò鍓喝?，從地板吸出。凈化室內(nèi)部的氣壓稍高于外部氣壓。這樣，如果凈化室中出現(xiàn)裂縫，那么內(nèi)部的潔凈空氣也會通過裂縫溜走，以此來防止受污染的空氣流入。同時，在處理器芯片制造工廠里，Intel公司的上千名員工都身穿一種特殊材料制造的"兔裝"工作服。這種"兔裝"工作服其實也是防塵的手段之一，它是由一種極其特殊的非棉絨、抗靜電纖維制成，可以避免灰塵、臟物或其他污染源損壞生產(chǎn)過程中的計算機(jī)芯片。兔裝可以穿著在普通衣服的外面，但必須經(jīng)過含有
