癮科學:現代處理器是怎麼做出來的?



糖糖看到一篇對大家都還有幫助的一篇廣告
對學電子的人來說都還蠻重要的基礎
在此轉貼是希望給同學看看!!
事實上是廣告沒錯.....
不過對於知識的增加也有不少~
所以就貼過來了....
以下轉至http://chinese.engadget.com/2009/07/30/how-modern-processors-are-made/

雖然這一組圖片很明白的是 Intel 為自家的 Core i7 打的廣告(「我們在這裡以 Intel® Core i7 為例」),但仍然是瞭解現代處理器製作工藝的一個好方法。上圖是第一組圖,由沙到單晶矽的過程。

普 通的沙子約有 25% 的矽,是地殼中僅次於氧的最常見元素,主要以二氧化矽的形態存在。這些矽經過多個步驟純化後,達到足以製成晶片的品質 -- 每十億個矽原子中,僅能出現一個別種的原子。最後這些高純度的矽原子結晶成一顆巨大的單晶矽(直徑 8~12 吋),重可達 100 kg!

接 下來,單晶矽塊被橫向切成一片片薄薄的薄片,每一片就是一片「晶圓」。這些晶圓經過拋 光後,就形成了製造晶片的原料。最早期的晶圓因為技術的關係,直徑大約只有兩吋,而今天最先進的晶圓廠則已經可以處理 12 吋的晶圓了。晶圓直徑愈大,切割時浪費的部份就愈少,而且每一顆晶片的單價愈低。

再 下來就開始晶片的生產啦!整塊晶圓被一層薄薄的特殊材質覆蓋,這種材質的特性是當它被紫外線光照射到的部份,會變成可被溶液溶解。因此只要紫外 線光透過一個有電路紋路的遮罩照射在晶圓上,就可以在晶圓上印出和遮罩相同的圖案來。在遮罩和晶圓間有片放大鏡,可以將比較大號的遮罩圖案縮小後照在晶圓 上。

上 一步的時候說過,被紫外線光照射到的部份會變成可溶解,所以這時候只要把晶圓泡在溶液 裡,被照射到的部份就會被溶掉,只剩下沒被照射到的部份。剩下來的特殊材質成為保護矽的「保護膜」在下一步蝕刻時,有保護膜的部份不會被蝕刻掉。最後再把 特殊材質洗掉,就變成有刻入紋路的矽晶了。

除了蝕刻紋路外,為晶圓「加料」也是一個常見的步驟。將不需要加料的部份同樣的特殊材料保護起來,剩下來的部份用高速離子轟炸,就能改變矽的電氣特性,形成不同的電晶體元件。在上圖的的例子中,綠色是被加料的部份,桃紅色的是絕緣體,淺藍色是被加另一種料的部份。

迷你的電晶體完成後,最後一步就是將整個電晶體絕緣起來,只留下未來要連接其他電晶體的接點。接點的製做方式,是將銅電鍍到預先留好的洞裡,再把多餘的銅拋光磨掉。

下一步,就是在電晶體之間拉細細的銅線。哪條線該連到誰由晶片的設計所決定,但總而言之是非常複雜的。雖然晶片表面上看起來是平的,但事實上可以有多達 20 層的線穿縮在電晶體之間。

線拉完之後,晶片本身的製作就完成了。接下來是簡單的測試,將一組特定的訊號送入晶片中,再比較輸出的結果,看看有沒有什麼明顯的大錯誤。然後晶圓被切割成一片片的晶片,先前測試不過關的不良品就此被拋棄。

過關的晶片下一步就是「封裝」,將脆弱的晶片裝入一個保護套內。除了保護外,封裝還有兩個功能 -- 下方綠色的基板提供晶片和電腦之間的介面(「針腳」),上方的金屬上蓋則是連接散熱片和風扇,為晶片散熱。封裝好的晶片,就是我們所說的處理器。

處理器接下來被送入機器做更進一步的檢測和分級 -- 同一個系列但不同時脈的晶片很有可能是來自同一塊晶圓的,只是在這個步驟跟據品質被「分級」成不同的時脈。有時因為不同的市場需求,廠商會把品質比較好的晶片標成比較低的時脈,於是這之間就有了超頻的空間。

標好價,就是最終產品啦!



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