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CPU 的制造工艺纵论 -------------------------------------------------------------------------------- 2005-11-15 10:56:07 　　CPU 从诞生至今已经走过了20 余年的发展历程，C PU 的制造工艺和制造技术也有了长足的进步和发展。在介绍C PU 的制造过程之前，有必要先单独地介绍一下C PU 处理器的构造。^lo=rL 　　从外表观察，C PU 其实就是一块矩形固状物体，通过密密麻麻的众多管脚与主板相连。不过， 此时用户看到的不过是C PU 的外壳，用专业术语讲也就是C PU 的封装。]-D 　　而在CPU 的内部，其核心则是一片大小通常不到1/4 英寸的薄薄的硅晶片(英文名称为D ie，也就是核心的意思，P Ⅲ C o p p e r m i ne 和Duron 等C PU 中部的突起部分就是Die)。可别小瞧了这块面积不大的硅片，在它上面密不透风地布满了数以百万计的晶体管。这些晶体管的作用就好像是我们大脑上的神经元，相互配合协调，以此来完成各种复杂的运算和操作。`0J{7 　　硅之所以能够成为生产CPU核心的重要半导体素材，最主要的原因就是其分布的广泛性且价格便宜。此外，硅还可以形成品质极佳的大块晶体，通过切割得到直径8 英寸甚至更大而厚度不足1 毫 米的圆形薄片，也就是我们平常讲的晶片(也叫晶圆)。一块这样的晶片可以切割成许多小片，其中 的每一个小片也就是一块单独C PU 的核心。当然，在执行这样的切割之前，我们也还有许多处理工 作要做。Z 　　Intel 公司当年发布的4004 微处理器不过2300 个晶体管，而目前P Ⅲ铜矿处理器所包含的晶体管 已超过了2000 万个，集成度提高了上万倍，而用户却不难发现单个CPU 的核心硅片面积丝毫没有增 大，甚至越变越小，这是设计者不断改进制造工艺的结果。 ,hb6 　　除了制造材料外，线宽也是CPU 结构中的重要一环。线宽即是指芯片上的最基本功能单元门电路 的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。缩 小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系统更稳定，C PU 得以运行在更 高的频率下，而且可使用更小的晶圆，于是成本也就随之降低。iaMA 　　随着线宽的不断降低，以往芯片内部使用的铝连线的导电性能已逐渐满足不了要求，未来的处理器将采用导电特性更好的铜连线。AMD 公司在其面向高端的Athlon 系列Thunderbird(雷鸟)处理器 的高频率版本中已经开始采用铜连线技术。这样复杂的构造，大家自然也就会更关心“CPU 究竟是 怎么做出来的呢”　。客观地讲，最初的C PU 制造工艺比较粗糙，直到晶体管的产生与应用。众所 周知，C PU 中最重要的元件就属晶体管了。晶体管就像一个开关，而这两种最简单的“开和关” 的选择对应于电脑而言，也就是我们常常挂在嘴边的“0 和1 ”。明白了这个道理，就让我们来看 看C PU 是如何制造的。 　　一、C P U 的制造= 　　1.切割晶圆 lD? 　　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C PU 的内核(D i e)。X49^MY 　　2.影印（P h o t o l i t h o g r a p hy）iF 　　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。grxS 　　3.蚀刻(E t c h i n g)3:79G 　　用溶剂将被紫外线照射过的光阻物清除，然后再采用化学处理方式，把没有覆盖光阻物质部分 的硅氧化物层蚀刻掉。然后把所有光阻物质清除，就得到了有沟槽的硅基片。%MsoT 　　4.分层wA]$! 　　为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、 蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。VCdyR= 　　5.离子注入(I o n I m p l a n t a t i o n){yr~v 　　通过离子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，形成门电路。 接下来的步骤就是不断重复以上的过程。一个完整的C PU 内核包含大约20 层，层间留出窗口， 填充金属以保持各层间电路的连接。完成最后的测试工作后，切割硅片成单个CPU 核心并进行封装， 一个C PU 便制造出来了。K[f7Z 　　另外，除了上述制造步骤外，生产C PU 的环境也十分重要，超洁净空间是C PU 制造的先决条