CPU是怎么被制造出来的?CPU制作全过程(上)

在这篇文章中，小编将为大家带来CPU制造过程的部分报道。如果你对本文即将要讲解的内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、硅提纯

生产 CPU 等芯片的材料是半导体，现阶段主要的材料是硅 Si ，这是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。

在硅提纯的过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。以往的硅锭的直径大都是 200 毫米，而 CPU 厂商正在增加 300 毫米晶圆的生产。虽然硅在地壳中是第二多的元素，但它是由多种化合物组成，主要有不纯的二氧化硅和硅酸盐(Si+O+另外元素)，在自然中没有单纯的硅元素。制造半导体器件所用的单晶硅是一种人造材料。低品质的二氧化硅首先在电炉里与碳一起加热，通过碳对不纯的二氧化硅进行还原(减少二氧化硅)，得到不纯的元素硅。

经过氯化处理后形成一种氯化物，如四氯化硅(SiCl4)或三氯氢硅(SiHCl3)，这两种化合物在室温下是液体。事实证明液化过程是行之有效的方法。鉴于固体提纯的困难性，许多提纯的标准工艺都是利用液体来提纯的。

通过多重蒸馏和其他液体提纯之后可得到超纯度的SiCl4或SiHCl3。

最后，用化学方法对高纯度的氯化物进行还原，可以得到所期望的超纯元素硅。例如：SiCl4在氢气氛中加热可生成4HCl+Si，即[SiCl4+2H2→4HCl+Si]。

二、切割晶圆

硅锭造出来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下来将被切割成片状，称为晶圆。晶圆才被真正用于 CPU 的制造。所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个 CPU 的内核 (Die) 。一般来说，晶圆切得越薄，相同量的硅材料能够制造的 CPU 成品就越多。

晶圆工艺主要流程包括：

晶棒成长 -- 晶棒裁切与检测 -- 外径研磨 -- 切片 -- 圆边 -- 表层研磨 -- 蚀刻 -- 去疵 -- 抛光 -- 清洗 -- 检验 -- 包装

1、晶棒成长工序：它又可细分为：

1)融化

2)颈部成长

3)晶冠成长

4)晶体成长

5)尾部成长

2、晶棒裁切与检测：将长成的晶棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。

3、外径研磨：由于在晶棒成长过程中，其外径尺寸和圆度均有一定偏差，其外园柱面也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。

4、切片：由于硅的硬度非常大，所以在本工序里，采用环状、其内径边缘镶嵌有钻石颗粒的薄片锯片将晶棒切割成一片片薄片。

5、圆边：由于刚切下来的晶片外边缘很锋利，硅单晶又是脆性材料，为避免边角崩裂影响晶片强度、破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒，必须用专用的电脑控制设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸。

6、研磨：研磨的目的在于去掉切割时在晶片表面产生的锯痕和破损，使晶片表面达到所要求的光洁度。

7、蚀刻：以化学蚀刻的方法，去掉经上几道工序加工后在晶片表面因加工应力而产生的一层损伤层。

8、去疵：用喷砂法将晶片上的瑕疵与缺陷感到下半层，以利于后续加工。

9、抛光：对晶片的边缘和表面进行抛光处理，一来进一步去掉附着在晶片上的微粒，二来获得极佳的表面平整度，以利于后面所要讲到的晶圆处理工序加工。

10、清洗：将加工完成的晶片进行最后的彻底清洗、风干。

11、检验：进行最终全面的检验以保证产品最终达到规定的尺寸、形状、表面光洁度、平整度等技术指标。

12、包装

三、影印

在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻 (Photoresist)物质，紫外线通过印制着 CPU 复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程，每一个遮罩的复杂程度得用 10GB 数据来描述。

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