Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
CPU的制造 罗曼琳
2
CPU制造必不可少的硅 世界上目前的半导体材料有硅和锗。 世界上第一个点接触晶体管是用锗制造的，后 来才使用硅替代锗。
相比锗，硅是从沙子中提炼出来的，造价低廉； 硅的带隙更大，具有更好的热稳定性； 锗在75度以上就不能工作了，而硅可以在多种 温度下良好工作。 同时，无论是提纯，做晶圆，做绝缘层还是做 其他的，硅的工艺方便，丰富，以及价格低廉。 使得硅成为了CPU制造不可缺少的一部分。
3
CPU的生产过程 硅提纯 切割晶圆 影印 蚀刻 重复、分层 封装 测试
4
硅提纯 在此过程中，原材料硅会被熔 化，放入一个巨大的石英熔炉 里。同时在熔炉里放入一颗晶 种。熔化的硅晶体会围着这颗 晶种生长，直到形成一个几近 完美的单晶硅。
5
切割晶圆 单晶硅会被横向切割成圆形的单个硅片，也就是晶圆。 晶圆会被划分成多个细小的区域，每个区域都将成为 一个CPU的内核
6
影印 经过热处理得到的硅氧化物层上面涂一 种光阻物质，紫外线通过印制着CPU的 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。为 了避免让不需要被曝光的区域受到干扰， 必须制作遮罩来遮蔽这些区域。
7
蚀刻 蚀刻是CPU制作中的重要操作。 波长很短的紫外光配合很大的镜头。短波长的光将透 过这些遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上，使之曝光。
接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清 洗被曝光的光敏抗蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的 一层硅。 曝光的硅将被原子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂， 从而改变导电状态制造出N或者P井。 结合基片，就制造出了CPU的门电路。
8
重复、分层 加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后再沉积 一层多晶硅，涂抹光阻物质。
反复影印，蚀刻的过程，得到含多晶硅和硅氧化物的 沟槽结构。 当多遍反复后，最终的CPU核心的3D结构就会形成了。 每几层中间都会填上金属作为导体。 不同的CPU有着不同的层数，层数由设计时CPU的布局， 以及通过的电流大小而决定。
9
封装 此时的CPU还只是一块块晶圆，不能直接被用户使用。 这一块块晶圆会被封入一个陶瓷或者塑料的封壳中， 以便安装在一块电路板上。
不同的CPU的封装结构并不一样，但是越高级的CPU封 装也越复杂。 封装能提高芯片的电气性能和稳定性，以此作为主频 提升的基础。
10
测试 CPU在出厂进行销售前会进行多次测试，测试晶圆的各 方面性能，是否工作良好等。 晶圆上的每个CPU核心都会被分开测试。
11
不断进步的制造工艺 随着CPU不断的更新换代，CPU制造商 也在多方面提高了CPU的制造生产工艺： 晶圆尺寸 蚀刻尺寸 金属互联层
12
晶圆尺寸 CPU的生产商在努力提高能够制造出来的硅晶圆的直 径。 晶圆的直径越大，就可以制造越多的处理器核心。
一个300mm直径的晶圆是200mm直径晶圆面积的 2.25倍，然而却可以制造的CPU处理器核心个数却是 后者的2.385倍。 但是在晶圆生产中，远离晶圆中心的部分更容易出现 坏点。
13
蚀刻尺寸 蚀刻尺寸是制造设备在一个硅晶圆上所能蚀刻的一个 最小尺寸。 蚀刻尺寸越小，一块晶圆所能生产的芯片也就越多。
Intel 8086的蚀刻尺寸是3um, 而Intel Pentium 4 的蚀 刻尺寸仅为0.09um。 由于蚀刻过程是由光完成的，所以用于蚀刻的光波长 是技术提升的关键。
14
金属互连层 不同的CPU内部有着不同层数的电路。 不同的厂商设计的CPU有着不同的层数。
15
未来的CPU制造工艺 一种名叫硅烯的新型纳米材料引起了行业的关注，被 认为可能成为未来IT科技的新基石。
但由于硅烯原子级晶体管很不稳定，只能存在几分钟， 因此其一直是理论上的材料，并未实际应用。 直到2015年，来自美国的科研人员宣布制造出了世界 上首个硅烯晶体管，仅有一个原子厚度。 或许，未来能见到这种一个原子厚度的硅烯晶体管制 造出来的CPU。
16
References: ?utm_campaign=rss&utm_medium=rss&ut m_source=rss&utm_content=title ?columnId=22302&itemId= 292.html XaJPZTe48sKB3Qjl6cYJFoOP- lZFcxjBQTwZLEezy4k1ZhmlSXl2HBtqB4BJQVzjQGJp8Jc mXITbFfmIrvqvHANVGny-5O
Similar presentations
