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《微電子概論 淺談cpu制造工藝.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、微電子概論一淺談CPU制造工藝自動(dòng)化1004周錯(cuò)學(xué)1010410414經(jīng)過一學(xué)期微電子概論的學(xué)習(xí)，我對(duì)微電子有個(gè)初步的了解，這門課是很有意思的，或者說(shuō)時(shí)時(shí)刻刻散發(fā)著科學(xué)的魅力。在這次課上，我第一次對(duì)半導(dǎo)體材料有了較系統(tǒng)地了解。興趣是最好的老師，我想讓我以后更加注重這方面的學(xué)習(xí)，以下是我收集的有關(guān)cpu制作工藝的文章。CPU的制造是一項(xiàng)極為復(fù)雜的過程，當(dāng)今世上只有少數(shù)幾家廠商具備研發(fā)和生產(chǎn)CPU的能力。CPU的發(fā)展史也可以看作是制作工藝的發(fā)展史。幾乎每一次制作工藝的改進(jìn)都能為CPU發(fā)展帶來(lái)最強(qiáng)大的源動(dòng)力，無(wú)論是Intel還是AMD,制作工藝都是發(fā)展藍(lán)圖中的重中之重。1、CPU的生產(chǎn)過程要了解C
2、PU的生產(chǎn)工藝，我們需要先知道CPU是怎么被制造出來(lái)的。讓我們分兒個(gè)步驟學(xué)習(xí)CPU的生產(chǎn)過程。(1)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i種非金屬元素，從化學(xué)的角度來(lái)看，由于它處于元索周期表屮金屬元索區(qū)與非金屬元索區(qū)的交界處，所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，適合于制造備種微小的晶體管，是忖前最適宜于制造現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的材料z—。在硅提純的過稈屮，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨犬的石英熔爐。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍看這顆晶種生長(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)。(2)切割晶圓硅錠造
3、出來(lái)了，并被報(bào)型成一個(gè)完美的圓柱體，接下來(lái)將被切割成片狀，稱為晶圓。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)o一般來(lái)說(shuō)，晶闘切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的CPU成品就越多。(3)影印(Photolithography)在經(jīng)過熱處理得到的硅氧化物以上面涂敷…種光阻(Photoresist)物質(zhì)，紫外線通過印制著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
4、是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，每一個(gè)遮罩的復(fù)雜程度得用10GB數(shù)據(jù)來(lái)描述。(1)蝕刻(Etching)這是CPU生產(chǎn)過程屮重要操作，也是CPUT.業(yè)屮的重頭技術(shù)。蝕刻技術(shù)把對(duì)光的應(yīng)川推向了極限。蝕刻使用的是波長(zhǎng)很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長(zhǎng)的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使Z曝光。接下來(lái)停止光照并移除遮罩，使川特定的化學(xué)溶液淸洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層硅。然麻，曝光的硅將被原了轟擊，使得暴需的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài),以制造出N井或P井，結(jié)合上面制造的基片，CPU的門電路就完成了。(2)重復(fù)、分層為加工新的一層電路，再次生長(zhǎng)硅氧化物，然麻沉
5、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)。重復(fù)多遍，形成一個(gè)3D的結(jié)構(gòu)，這才是報(bào)終的CPU的核心。每幾層屮間都要填上金屬作為導(dǎo)體。Intel的Pentium4處理器有7層,而AMD的Athlon64則達(dá)到了9層。層數(shù)決定丁?設(shè)計(jì)時(shí)CPU的布局，以及通過的電流大小。(3)封裝這時(shí)的CPU是一塊塊晶闘，它還不能直接被川戶使川，必須將它封入一個(gè)陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結(jié)構(gòu)各冇不同，但越高級(jí)的CPU封裝也越復(fù)雜，新的封裝往往能帶來(lái)芯片電氣性能和穩(wěn)定性的提升，并能間接地為主頻的提升提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。(4)多次測(cè)試測(cè)試是
6、一個(gè)CPU制造的重要環(huán)節(jié)，也是一塊CPU出廠前必要的考驗(yàn)。這一步將測(cè)試品圓的電氣性能，以檢杏是否出了什么差錯(cuò)，以及這些差錯(cuò)出現(xiàn)在哪個(gè)步驟(如果可能的話)。接下來(lái)，晶圓上的每個(gè)CPU核心都將被分開測(cè)試。由于SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，CPU屮緩存的基木組成)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度高，所以緩存是CPU屮容易出問題的部分，對(duì)緩存的測(cè)試也是CPU測(cè)試屮的重要部分。每塊CPU將被進(jìn)行完全測(cè)試，以檢驗(yàn)其全部功能。某些CPU能夠在較高的頻率下運(yùn)行，所以被標(biāo)上了較高的頻率；而有些CPU因?yàn)榉N種原因運(yùn)行頻率較低，所以被標(biāo)上了較低的頻率。最礙，個(gè)別CPU可能存在某些功能上的缺陷，如果問題出在緩存上，制造商仍然可以屏蔽掉它
7、的部分緩存，這意味肴這塊CPU依然能夠出偉，只是它可能是Celeron等低端產(chǎn)品。當(dāng)CPU被放進(jìn)包裝盒之前，一般還要進(jìn)行最后一次測(cè)試，以確保之前的匸作準(zhǔn)確無(wú)誤。根據(jù)前血確定的最高運(yùn)行頻率和緩存的不同，它們被放進(jìn)不同的包裝，銷往世界各地。2、不斷進(jìn)步的生產(chǎn)工藝隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步,CPU應(yīng)該是越做越小？可為什么現(xiàn)在CPU好像尺寸并沒有減少多少,那么是什么原因呢？實(shí)際上CPU廠商很希望把CPU的集成度進(jìn)一步提高，同
