微处理器组成（CPU微处理器的制作过程）

本篇文章可帮助小白了解如何制造微处理器和其他集成电路。从一块硅开始，产生一个具有数百万个晶体管的设备，融入我们的日常生活中。

制作晶圆

CPU 主要由称为硅的元素制成。硅在地壳中相当常见，是一种半导体。这意味着根据您添加的材料，它可以在施加电压时导电。它是使 CPU 工作的“开关”。现代 CPU 实际上包含数百万个晶体管。

制造 CPU 的第一阶段是制造它们所依赖的晶圆。这个过程开始于在石英坩埚（一种不会在高温下熔化的容器）中熔化多晶硅以及微量的电活性元素，例如砷、硼、磷或锑。

硅是简单的 FCC 晶格（面心立方）

一旦熔体达到所需温度，我们将硅晶种或“种子”放入熔体中。熔体缓慢冷却至所需温度，晶体在晶种周围开始生长。随着持续生长，种子会慢慢地从熔体中提取或“拉出”。当锭被拉动时，它会缓缓旋转。这样做是为了帮助使熔体中的任何温度变化正常化。熔体的温度和提取速度决定了晶锭的直径，而熔体中电活性元素的浓度决定了由晶锭制成的硅晶片的电学特性。这是一个复杂的专有工艺，需要晶体生长设备上的许多控制功能。

从熔体中拉出 6" 锭。这个过程可能需要几个小时。

这导致了一个看起来像这样的大锭：

为了能够正常使用，锭必须非常纯净。端部和边缘是杂质含量最高的区域（这是由于退火造成的），因此端部被切断，边缘被磨平，因此铸锭具有适当的直径。

接下来从锭中切割晶片。它们通常用快速线锯切割 1-2 毫米厚。然后将这些晶片的边缘修圆以防止碎裂和边缘裂纹。然后对晶片进行化学和机械研磨和抛光，以产生非常平坦的镜面状表面。

然后可以加热晶片以帮助去除任何缺陷。（低温退火）

再用激光检查晶片以发现任何表面缺陷。

之后可以将单晶层（外延层）添加到晶片的表面。晶圆现在已准备好进行蚀刻。

1.氧化物 在晶片上注入一层氧化物。这经常是通过将晶片暴露在非常高的温度下的蒸汽中来完成

2.光刻胶 施加一层有机光刻胶。这就像相机里的胶卷

3 掩蔽 应用掩膜并通过间隙显示紫外线。现在使用紫外光，因为它的波长较短。较短的波长意味着它可以通过较小的掩模。紫外光硬化(固定)光刻胶。。

4.清洁 用有机溶剂去除未硬化的掩模。

5.蚀刻 氢氟酸(HF)用于蚀刻掉氧化硅。由于 HF 是无机的，它不会腐蚀光刻胶。

6.清洁 剩余的光刻胶被洗掉。晶圆现在已准备好掺杂另一种类型的硅。

A p型晶片(硅掺杂硼)具有n型外延层(硅掺杂磷或砷)。

B 掩模用于注入二氧化硅，用于绝缘体。

C 受体原子(硼)扩散到二氧化硅的窗口中

D 使用另一个掩膜会生长额外的二氧化硅。并注入施主原子(如砷等具有过量电子的元素)。

E 另一个掩膜用干生长额外的二氧化硅。然后使用另一个掩模为触点注入蒸发的铝或铜。这是一个双极结型晶体管(BIT)。

晶体管 这些晶体管用于微处理器和存储器。它们比 BJT 消耗更少的功率，但以完全相同的方式制造。

这项工作都是在“洁净室”中完成的，因为即使是最小的灰尘颗粒也会破坏整个芯片！！工人们穿着“兔子装”来防止灰尘和皮肤颗粒进入空气中。

如今，大部分过程都是自动化，因此技术人员必须监控许多复杂的机器。

晶圆厂需要大量的基础设施来处理所有的化学品、高温和压力。

许多芯片可以安装在一个 300 毫米晶圆上（如下图所示）

一旦制造了充满芯片的晶片，每个芯片都在晶片上进行测试。如果发现一个坏的，它会被标记以便不使用。大多数不良芯片往往位于晶圆边缘。最好的芯片位于中心，有时会选择用于军事或工业用途的扩展温度测试。

然后将晶圆切割成单独的芯片。这些芯片被“绑定”到计算机中的包装上。通常，粘合是在劳动力成本低的国家进行的。这样做的设施可能非常大。

（这是哥斯达黎加的装配厂）

最终产品可能需要 3 个月才能完成

具有 25 百万个晶体管的CPU以任何标准衡量都令人惊叹。

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