CPU是怎么制造出来的 鲜为人知的CPU制造过程大揭秘

2018-05-02 21:18 admin 电脑百事网

之前的一篇“用“沙子”造的CPU 凭什么卖的那么贵?”颇受网友关注。中兴禁购门让国人意识到国产芯目前存在严重短板,缺乏核心技术就容易受制于人。为什么中国就造不好一颗CPU之类的芯片呢?究竟CPU是怎么制造出来的呢?

CPU是怎么制造出来的 鲜为人知的CPU制造过程大揭秘
CPU是怎么制造出来的?

大家可能只知道制作IC芯片的硅来源于沙子,但是为什么沙子做的CPU却卖那么贵?下面本文以intel电脑CPU作为例子,讲述沙子到CPU简要的生产工序流程,希望大家对CPU制作的过程有一个大体认识,其它CPU或者手机CPU制造原理也大抵相同。

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CPU芯片(处理器)

一、硅圆片的制作

1.硅的重要来源:沙子

作为半导体材料,使用得最多的就是硅元素,其在地球表面的元素中储量仅次于氧,含硅量在27.72%,其主要表现形式就是沙子(主要成分为二氧化硅),沙子里面就含有相当量的硅。因此硅作为IC制作的原材料最合适不过,想想看地球上有几个浩瀚无垠的沙漠,来源既便宜又方便。

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2.硅熔炼、提纯

不过实际在IC产业中使用的硅纯度要求必须高达99.999999999%。目前主要通过将二氧化硅与焦煤在1600-1800℃中,将二氧化硅还原成纯度为98%的冶金级单质硅,紧接着使用氯化氢提纯出99.99%的多晶硅。虽然此时的硅纯度已经很高,但是其内部混乱的晶体结构并不适合半导体的制作,还需要经过进一步提纯、形成固定一致形态的单晶硅。

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3.制备单晶硅锭

单晶的意思是指原子在三维空间中呈现规则有序的排列结构,而单晶硅拥有“金刚石结构”,每个晶胞含有8个原子,其晶体结构十分稳定。

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单晶硅的“金刚石”结构

通常单晶硅锭都是采用直拉法制备,在仍是液体状态的硅中加入一个籽晶,提供晶体生长的中心,通过适当的温度控制,就开始慢慢将晶体向上提升并且逐渐增大拉速,上升同时以一定速度绕提升轴旋转,以便将硅锭控制在所需直径内。结束时,只要提升单晶硅炉温度,硅锭就会自动形成一个锥形尾部,制备就完成了,一次性产出的IC芯片更多。

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制备好的单晶硅锭直径约在300mm左右,重约100kg。而目前全球范围内都在生产直径12寸的硅圆片,硅圆片尺寸越大,效益越高。

4.硅锭切片

将制备好的单晶硅锭一头一尾切削掉,并且对其直径修整至目标直径,同时使用金刚石锯把硅锭切割成一片片厚薄均匀的晶圆(1mm)。有时候为了定出硅圆片的晶体学取向,并适应IC制作过程中的装卸需要,会在硅锭边缘切割出“取向平面”或“缺口”标记。

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5.研磨硅圆片

切割后的晶圆其表面依然是不光滑的,需要经过仔细的研磨,减少切割时造成的表面凹凸不平,期间会用到特殊的化学液体清洗晶圆表面,最后进行抛光研磨处理,还可以在进行热处理,在硅圆片表面成为“无缺陷层”。一块块亮晶晶的硅圆片就这样被制作出来,装入特制固定盒中密封包装。

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制作完成的硅圆片

通常半导体IC厂商是不会自行生产这种晶圆,通常都是直接从硅圆片厂中直接采购回来进行后续生产。

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