芯片的诞生-从沙子到芯片

芯片是现在最热门话题，对于超大规模集成电路，从理论到实践有着很大的难度。今天我们来了解一下CPU的生产过程。

芯片的诞生-从沙子到芯片

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。

1：中央处理器（CPU）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，这也是迄今为数不多无法山寨的物品。当然，CPU的制造过程也代表了当今世界科技发展的最高水平。

2：硅是地壳内第二丰富的元素，沙子中含有25%的硅，是地壳中第二多元素，在经过氧化之后就成为了二氧化硅，在沙子中，尤其是石英中二氧化硅的含量非常高，这就是制造半导体的基础。

3：在采购原材料沙子后，将其中的硅进行分离，多余的材料被废弃，再经过多个步骤进行提纯，以最终达到符合半导体制造的质量，这就是所谓的电子级硅。它的纯度是非常大的，每10亿个硅原子中只有一个是不符合要求的。

4：一个被铸成锭后的电子级硅的单晶体，重量大约为100千克，硅的纯度达到了99.9999%。

5：铸好硅锭后，将进入切割阶段，将整个硅锭切成一片一片的圆盘，也就是我们俗称的晶圆，这样求切割出来的是非常薄的，随后，晶圆就要进行抛光，直至完美，表面如镜面一样光滑。

6：晶圆上涂上蓝色液体，这是类似胶片拍照时的光阻剂，晶圆不停旋转，以使其将液体均匀涂抹在晶圆上，并且涂层也是非常薄的。

7：用紫外光照射晶圆。紫外光先通过一个带有“图案”的“挡板”，其功能在于遮掉部分光线，使光线特定的形状照射在晶圆上。中间的透镜用于将光线汇聚于一个很小的范围。紫外光照射到感光物质上，发生类似于胶片感光的化学反应，使感光物质变得可溶。这样其实就将“挡板”上的“图案”，其实就是微电路的版图形状“影印”在了晶圆上。

8：晶体管相当于开关，控制着电流的方向。晶体管是CPU的基本组成单位。现在的工艺可以在一个针尖大小的面积内制造30万个晶体管。

9：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。然后光刻，并洗掉曝光的部分。

10：再重新涂上蓝色的光阻剂（蓝色），并为下一步做好准备。图中蓝色部分为有感光材料保护的部分。

11：离子注入，也就是用离子轰击暴露地区的硅片，用离子撞击植入硅片的方式来改变这些地区硅的导电性，离子需要非常高速的撞击到晶圆表面上，通过电场加速后的离子速度可以达到每小时30万公里。

12：当离子注入后，光阻层将被移除，绿色部分的材料会掺入晚来的原子。

13：这时晶体管是接近完成，晶体管洋红色表面是保温层，上面有三个洞，这三个洞将用来填补铜，以便连接到其他晶体管。

14：在晶圆放入硫酸铜溶液这个阶段，铜离子的沉积到晶体管，这个过程被称为电镀。游离的铜离子分别到晶圆的积极终端（阳极）和消极终端（阴极）。

15：将多余的铜抛光掉，留下了非常薄的一层铜。

16:多金属层是建立各种晶体管的互连，虽然电脑芯片看起来十分平坦，但实际上可能有超过20层，形成复杂的电路。

17:在这部分准备将晶圆建立第一个功能测试，在这个阶段的测试模式中输入每个单芯片，并监测比较芯片的反应，然后丢弃有瑕疵的内核芯片。

18:将晶圆切割成块，每一块就是一个处理器的内核。

19:这是一个被分离出来的的核心，Core i7，由上一道工序切割而成。

20:将衬底(基片针脚)、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。

21:最后会对每个CPU进行测试。基于测试的结果，将具有相同的能力的处理器归属一类，分级确定了处理器的最高工作频率，根据稳定性等规格制定价格。