标题: [电脑] 值得一看，从沙子到芯片，看处理器是怎样炼成的 [打印本页]
作者: 比卡丘 时间: 2009-7-9 09:00 标题: 值得一看，从沙子到芯片，看处理器是怎样炼成的
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可以说，中央处理器(CPU)是现代社会飞速运转的动力源泉，在任何电子设备上都可以找到微芯片的身影，不过也有人不屑一顾，认为处理器这东西没什么技术含量，不过是一堆沙子的聚合而已。是么？Intel今天就公布了大量图文资料，详细展示了从沙子到芯片的全过程，简单与否一看便知。
简单地说，处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。
下边就图文结合，一步一步看看：
沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。
硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。
单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。
第一阶段合影
硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？
晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。
第二阶段合影
光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
光刻：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电路图案是掩模上图案的四分之一。
光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当于开关，控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。
第三阶段合影
溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。
蚀刻：使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。
清除光刻胶：蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案。
第四阶段合影
光刻胶：再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。
离子注入(Ion Implantation)：在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。
清除光刻胶：离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂，注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。
第五阶段合影
晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管互连。
电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。
铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。
第六阶段合影
抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。
第七阶段合影
晶圆测试：内核级别，大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部，正在接受第一次功能性测试，使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。
晶圆切片(Slicing)：晶圆级别，300毫米/12英寸。将晶圆切割成块，每一块就是一个处理器的内核(Die)。
丢弃瑕疵内核：晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准备进入下一步。
第八阶段合影
单个内核：内核级别。从晶圆上切割下来的单个内核，这里展示的是Core i7的核心。
封装：封装级别，20毫米/1英寸。衬底(基片)、内核、散热片堆叠在一起，就形成了我们看到的处理器的样子。衬底(绿色)相当于一个底座，并为处理器内核提供电气与机械界面，便于与PC系统的其它部分交互。散热片(银色)就是负责内核散热的了。
处理器：至此就得到完整的处理器了(这里是一颗Core i7)。这种在世界上最干净的房间里制造出来的最复杂的产品实际上是经过数百个步骤得来的，这里只是展示了其中的一些关键步骤。
第九阶段合影
等级测试：最后一次测试，可以鉴别出每一颗处理器的关键特性，比如最高频率、功耗、发热量等，并决定处理器的等级，比如适合做成最高端的Core i7-975 Extreme，还是低端型号Core i7-920。
装箱：根据等级测试结果将同样级别的处理器放在一起装运。
零售包装：制造、测试完毕的处理器要么批量交付给OEM厂商，要么放在包装盒里进入零售市场。这里还是以Core i7为例。
第十阶段合影
INTEL INSIDE
（完）
作者: 四裤全输 时间: 2009-7-9 09:11
不错，大开眼界了。。。同时，也难怪我朝搞不出CPU
作者: rsizkok 时间: 2009-7-9 09:34
养眼..
作者: arex 时间: 2009-7-9 09:39
好文章啊~~
作者: VINO 时间: 2009-7-9 09:41
不错，通俗易懂，这就是高利润产品啊，没技术完全玩不转。
作者: fadeaway 时间: 2009-7-9 09:44
此等火星科技，我朝要多少年才能到达
作者: bsseven 时间: 2009-7-9 09:45
niu b感觉像火星科技
作者: lindley007 时间: 2009-7-9 09:49
赞.exe
作者: dreamcasty 时间: 2009-7-9 09:54
上大学的时候在实验室自己在晶圆上做了一个放大电路。。。。
作者: lancky 时间: 2009-7-9 09:56
做CPU就高利润，做memory就烂白菜了，技术原理一样，技术等级不同
作者: 我不懂 时间: 2009-7-9 10:12
几乎看不懂了...........技术的美帝真强大.
作者: dreamcast 时间: 2009-7-9 10:17
其实人类现有的最高科技已经超出普通百姓的想象了，很多实验室产品民用化起码再等10年
作者: 为何不分手 时间: 2009-7-9 10:26
确实高科技啊
作者: LTFYH 时间: 2009-7-9 10:32
人类真是太聪明了，这工艺谁发明的？对人类贡献太大了。
作者: 我不懂 时间: 2009-7-9 10:35
引用:
原帖由 LTFYH 于 2009-7-9 10:32 发表 
人类真是太聪明了，这工艺谁发明的？对人类贡献太大了。
作者: xx88 时间: 2009-7-9 10:39
intel创始人之一 Noyce就是硅集成电路的发明者
作者: 真奥丁神 时间: 2009-7-9 10:44
好文好图
果然美帝科技都是从老威身上挖来的
作者: clark99 时间: 2009-7-9 10:49
nb，在驱家看了，很震撼
作者: 水星的爱 时间: 2009-7-9 10:50
这个想象力，肯定不是地球人的
作者: squallySP 时间: 2009-7-9 10:55
这都要归功于半导体这种材料的神奇特性啊。
不过大规模集成电路的发真也快要到瓶颈了吧，期待其他替代产品的出现……
作者: u571 时间: 2009-7-9 10:58
GPU，SOC等等超高集成度运算芯片都是这样造出来的，其实intel也造不出光刻机，这个世界上能造光刻机的公司不会超过3个，所以cpu是人类文明的结晶不能单纯看作那家公司发明的产品
作者: 变形金刚 时间: 2009-7-9 10:59
开眼了
作者: u571 时间: 2009-7-9 11:01
现在的高科技产品不可能都是一家公司从头到尾做出来，例如夏普三星等造的液晶，里面化学制剂都是其他公司的产品，没这些化学制剂夏普三星再牛B也造不出高性能液晶产品
作者: XXOO 时间: 2009-7-9 11:31
NB科普贴
作者: Ominislash 时间: 2009-7-9 11:37
俺们都是正宗土鳖~~~~俺们就是浪费地球资源的渣滓~~~~~~~
作者: leica 时间: 2009-7-9 11:40
真是奇妙啊。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
作者: ddaaii 时间: 2009-7-9 11:55
nb啊
作者: 花气袭人知昼暖 时间: 2009-7-9 12:19
听说在开发生物电脑，谁能科普一下？
作者: popboy139 时间: 2009-7-9 12:25
要说把沙子变成钱的本事 intel跟我朝地产商比起来还未够班呀
作者: 江西恐龙 时间: 2009-7-9 12:35
物理方面看懂了一点点……但那玩意是怎么工作的？怎么就可以一秒计算几万次呢，不懂啊,高科技…………
作者: 心之一方 时间: 2009-7-9 12:49
每一步都非常复杂，确实是了不起的成就，而更值钱的是做在上面的电路，所有的集成电路都是这样制造的，不同的是工艺尺寸。
未来的发展方向一个是生物芯片，一个是单电子芯片，当然离商用还有一定距离。
作者: zhangzhengchun 时间: 2009-7-9 12:54
学习了，强悍。
作者: RestlessDream 时间: 2009-7-9 13:03
* 一把沙子（组诗）
* 草人儿
* 《诗刊》 2005年第20期
是什么阻隔着我们
是健康吗?
是氧气吗?
我弯下腰
想努力捡起的一片月光
告诉我
多美丽呀 爱
但它不是我的
抓住一把沙子
多好呀
见到你
空气在飞
一朵花
在自己的香气里
旋转着
这个时候
我的手越攥越紧
牙咬得越来越狠
我想抓住你
像一个记载时间的人
抓起一把沙粒
作者: sambfish 时间: 2009-7-9 13:11
学习了,人类的想象力果然无穷,一把普通的沙子就能变成每秒计算上亿次的CPU，我服了。
作者: ♂ＬＥＯ 时间: 2009-7-9 13:12
人类果然是很NB的生物
作者: iamzelda 时间: 2009-7-9 13:13
好复杂，看的对人类的智力无比崇敬。
作者: lawson 时间: 2009-7-9 13:20
引用:
原帖由 popboy139 于 2009-7-9 12:25 发表
要说把沙子变成钱的本事 intel跟我朝地产商比起来还未够班呀
作者: 化骨绵掌 时间: 2009-7-9 13:22
还是CUP简单多了~~~
作者: theallmighty 时间: 2009-7-9 13:28
还有个方向是量子门，生物芯片太嫩了。
作者: djm 时间: 2009-7-9 13:58
小喽啰: 主任,Intel cpu的制造工序已经拿到手了
主任: OK,山寨cpu今年年底可以全线铺货了:D
作者: 秃猫 时间: 2009-7-9 14:18
引用:
原帖由 VINO 于 2009-7-9 09:41 发表
不错，通俗易懂，这就是高利润产品啊，没技术完全玩不转。
作者: trivsel 时间: 2009-7-9 14:21
我觉得的最牛逼的是做这些设备的，而不是用这些设备的
作者: squallySP 时间: 2009-7-9 14:44
引用:
原帖由 Ominislash 于 2009-7-9 11:37 发表
俺们都是正宗土鳖~~~~俺们就是浪费地球资源的渣滓~~~~~~~
作者: squallySP 时间: 2009-7-9 14:47
引用:
原帖由 秃猫 于 2009-7-9 14:18 发表
投入也非常高，没有上百亿投不起这种项目。而且技术更新非常快，给你100亿你敢去投一个马上被淘汰的项目吗？
这还不是最尖端的生产线呢……
作者: 心之一方 时间: 2009-7-9 14:59
[posted by wap]
不知道有同行没，design house的。
作者: 枉凝眉 时间: 2009-7-9 15:13
最后挑选等级 那个完全看不懂，合着刚开始做的时候不知道出来的是哪个等级的cpu，还要最后挑啊，还以为上来就确定做哪个等级的cpu再去做。
还是我理解的有错误
作者: 冰镇石油 时间: 2009-7-9 16:06
引用:
原帖由 枉凝眉 于 2009-7-9 15:13 发表
最后挑选等级 那个完全看不懂，合着刚开始做的时候不知道出来的是哪个等级的cpu，还要最后挑啊，还以为上来就确定做哪个等级的cpu再去做。
还是我理解的有错误
作者: czie 时间: 2009-7-9 16:08
这个是外星人的科技吗？
51区慢慢放出来点
作者: HKE 时间: 2009-7-9 19:00
一沙一世界，一花一天堂
国家地理有个超视觉的纪录片，看过之后才知道我们不是一个人在房间，而是几百亿微生物和几百亿光谱几百亿微波几百亿.......在一起
作者: readone 时间: 2009-7-9 19:36
引用:
原帖由 枉凝眉 于 2009-7-9 15:13 发表
最后挑选等级 那个完全看不懂，合着刚开始做的时候不知道出来的是哪个等级的cpu，还要最后挑啊，还以为上来就确定做哪个等级的cpu再去做。
还是我理解的有错误
作者: ggyy 时间: 2009-7-9 21:11
当初怎么研究出来的，太强大了
作者: 逆袭的天使 时间: 2009-7-9 21:19
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不错
作者: pop000ooo 时间: 2009-7-9 21:40
太生动了
作者: 白桦林 时间: 2009-7-9 22:50
引用:
原帖由 HKE 于 2009-7-9 19:00 发表
一沙一世界，一花一天堂
国家地理有个超视觉的纪录片，看过之后才知道我们不是一个人在房间，而是几百亿微生物和几百亿光谱几百亿微波几百亿.......在一起
一花一世界，一灯一如来（一叶一菩提）.....请别随意杜撰
作者: solbadguy 时间: 2009-7-9 23:11
INTEL不愧是能对抗外星人的企业！
作者: 新鬼武者 时间: 2009-7-9 23:28
精华!!
作者: 天堂任鸟飞 时间: 2009-7-10 01:17
威震天此时情何以堪。。
作者: 幽灵胖胖 时间: 2009-7-10 01:29
愣是把全四页的回复全看完了，牛逼，牛逼啊，啥都没看懂
作者: 火鸡 时间: 2009-7-10 09:31
引用:
原帖由 HKE 于 2009-7-9 19:00 发表
一沙一世界，一花一天堂
国家地理有个超视觉的纪录片，看过之后才知道我们不是一个人在房间，而是几百亿微生物和几百亿光谱几百亿微波几百亿.......在一起
作者: xuye 时间: 2009-7-10 10:05
这种科技来自赛博但~~~
作者: olong 时间: 2009-7-10 10:15
明明是 研究T-800的残骸搞出来的东西。
作者: 大南山 时间: 2009-7-10 10:51
在驱动之家还看到这个
http://news.mydrivers.com/1/139/139180.htm
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