中央處理器(CPU)是現代社會(huì )飛速運轉的動(dòng)力源泉，在任何電子設備上都可以找到微芯片的身影，不過(guò)也有人不屑一顧，認為處理器這東西沒(méi)什么技術(shù)含量，不過(guò)是一堆沙子的聚合而已。是么？今天詳細展示了從沙子到芯片的全過(guò)程，簡(jiǎn)單與否一看便知。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，處理器的制造過(guò)程可以大致分為沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步里邊又包含更多細致的過(guò)程。

處理器制造過(guò)程

沙子：硅是地殼內第二豐富的元素，而脫氧后的沙子(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，這也是半導體制造產(chǎn)業(yè)的基礎。

硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過(guò)多步凈化得到可用于半導體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電子級硅(EGS)，平均每一百萬(wàn)個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過(guò)硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot),現在知道“規定”是怎么來(lái)的吧！

單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。

1、制造第一階段

硅錠切割：橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，也就是我們常說(shuō)的晶圓(Wafer)。順便說(shuō)，這下知道為什么晶圓都是圓形的了吧？

晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過(guò)拋光后變得幾乎完美無(wú)瑕，表面甚至可以當鏡子。事實(shí)上，Intel自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是從第三方半導體企業(yè)那里直接購買(mǎi)成品，然后利用自己的生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)一步加工，比如現在主流的45nm HKMG(高K金屬柵極)。值得一提的是，Intel公司創(chuàng )立之初使用的晶圓尺寸只有2英寸/50毫米。

2、制造第二階段

光刻膠(Photo Resist)：圖中藍色部分就是在晶圓旋轉過(guò)程中澆上去的光刻膠液體，類(lèi)似制作傳統膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。

光刻：光刻膠層隨后透過(guò)掩模(Mask)被曝光在紫外線(xiàn)(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應類(lèi)似按下機械相機快門(mén)那一刻膠片的變化。掩模上印著(zhù)預先設計好的電路圖案，紫外線(xiàn)透過(guò)它照在光刻膠層上，就會(huì )形成微處理器的每一層電路圖案。一般來(lái)說(shuō)，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。

光刻：由此進(jìn)入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數百個(gè)處理器，不過(guò)從這里開(kāi)始把視野縮小到其中一個(gè)上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當于開(kāi)關(guān)，控制著(zhù)電流的方向?，F在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個(gè)針頭上就能放下大約3000萬(wàn)個(gè)。

3、制造第三階段

溶解光刻膠：光刻過(guò)程中曝光在紫外線(xiàn)下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致。

蝕刻：使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來(lái)的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著(zhù)不應該蝕刻的部分。

清除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后就可以看到設計好的電路圖案。

4、制造第四階段

光刻膠：再次澆上光刻膠(藍色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來(lái)保護不會(huì )離子注入的那部分材料。

離子注入(Ion Implantation)：在真空系統中，用經(jīng)過(guò)加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區域形成特殊的注入層，并改變這些區域的硅的導電性。經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，注入的離子流的速度可以超過(guò)30萬(wàn)千米每小時(shí)。

清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入區域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時(shí)候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。

5、制造第五階段

晶體管就緒：至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個(gè)孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連

電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會(huì )從正極(陽(yáng)極)走向負極(陰極)。

銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個(gè)薄薄的銅層。

6、制造第六階段

拋光：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面。

金屬層：晶體管級別，六個(gè)晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成復合互連金屬層，具體布局取決于相應處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來(lái)異常平滑，但事實(shí)上可能包含20多層復雜的電路，放大之后可以看到極其復雜的電路網(wǎng)絡(luò )，形如未來(lái)派的多層高速公路系統。

7、制造第七階段

晶圓測試：內核級別，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進(jìn)行對比。

晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個(gè)處理器的內核(Die)。

丟棄瑕疵內核：晶圓級別。測試過(guò)程中發(fā)現的有瑕疵的內核被拋棄，留下完好的準備進(jìn)入下一步。

8、制造第八階段

單個(gè)內核：內核級別。從晶圓上切割下來(lái)的單個(gè)內核，這里展示的是Core i7的核心。

封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底(綠色)相當于一個(gè)底座，并為處理器內核提供電氣與機械界面，便于與PC系統的其它部分交互。散熱片(銀色)就是負責內核散熱的了。

處理器：至此就得到完整的處理器了(這里是一顆Core i7)。這種在世界上最干凈的房間里制造出來(lái)的最復雜的產(chǎn)品實(shí)際上是經(jīng)過(guò)數百個(gè)步驟得來(lái)的，這里只是展示了其中的一些關(guān)鍵步驟。

9、制造第九階段

等級測試：最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關(guān)鍵特性，比如最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級，比如適合做成最高端的Core i7-975 Extreme，還是低端型號Core i7-920。

裝箱：根據等級測試結果將同樣級別的處理器放在一起裝運。

零售包裝：制造、測試完畢的處理器要么批量交付給OEM廠(chǎng)商，要么放在包裝盒里進(jìn)入零售市場(chǎng)。