CPU是怎么制作的,制作CPU是干什么
你好,简单回答你的提问,
CPU制作大体步骤:
一、沙子脱氧后变成硅元素
先找一堆沙子,然后用仪器设备脱氧,拼命脱氧,脱到最后不能脱了!亮晶晶的东西就是传说中的硅。沙子和石英脱氧到最后有25%的硅元素,这就是半导体的基础了。
二、提纯到99.99%
有硅就能做处理器了,但还要熔炼净化提纯,这样才能有用于半导体制造的硅,学名叫电子级硅。要反复净化,然后,得到一个由电子级硅组成的大晶体,硅的含量高达99.99%。
三、将提纯后的硅,熔化成大晶体呈圆柱形,重量约100公斤。现在就要准备切割了!横着将这个圆柱形晶体切割,每一片就是我们常说的晶圆。所以,我们看到的晶圆都是圆形。
四、以上都是传统晶圆厂要做的事情。
五、以后,就是进入高技术的生产加工cpu了。现在只有intel、AMD等大厂家才能做。
六、cpu具体制过程是:沙子→熔炼获取二氧化硅→提纯单质硅→培育单晶硅→制备单晶硅锭→切割硅圆片→研磨硅圆片→涂光刻胶→紫外线光刻→溶解光刻胶→蚀刻→清除光刻胶→注入离子→再次清除光刻胶→绝缘处理→沉淀铜层→构建晶体管线路→圆晶检测→切割圆晶→内核装配→封装→测试芯片等级→装箱出厂
CPU是人类智慧的杰作,作为半导体中使用得最多的硅元素来源于沙子,所以CPU的制作可以看作是一粒沙子的进化过程。
将沙子制作成硅圆片
沙子的主要成分为二氧化硅,不过CPU中使用的硅纯度要求达到99.999999999%,所以先要将二氧化硅还原成纯度为98%的冶金级单质硅,然后再提纯出99.99%的多晶硅,但这还不算完,为了让它更适合制作CPU,还要经过不断提纯、形成固定一致形态的单晶硅。
接下来是要制作出单晶硅锭,它长下面那个样子:
完成的单晶硅锭直径约300mm,重约100kg。再将制作好的单晶硅锭切掉头尾,并修整其直径到标准值,然后将硅锭切割成均匀的晶圆:
为了让切割后的晶圆表面光滑,还需要仔细研磨,然后抛光和加热处理,总之让它的表面成为无缺陷,这样闪亮发光的硅圆片就制作出来了。
前工程:制作带有电路的芯片
完好的硅圆片可以投入到生产线上了,进入到涂抹光刻胶环节。这是集成电路制造工艺中的一项关键环节。需要将光刻胶滴在硅晶圆片上,均匀涂抹形成光刻胶薄膜,在温度下固化为光刻胶薄膜。
接下来将涂好光刻胶的晶圆放入曝光机中进行掩模图形的“复制”,掩模中有设计好的电路图案,通过紫外线曝光在光刻胶层上形成相应的电路图案。
曝光后的晶圆还要进行显影处理,通过喷射强碱性显影液光刻胶会溶解于显影液中,没有被照射到的光刻胶图案会保留下来,这就上是显影,随后会冲洗、热处理等以蒸发水水分和固化胶。
通过蚀刻药剂溶解掉暴露出来的晶圆部分,被光刻胶保护的部分再保留下来。
再通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理,清除光刻胶。这样就完成了第一层设计好的电路图案。
对于3D FinFET设计的晶体管,还需要重复前面的几个步骤,以获得3D晶体管。
然后在特定的区域,导入特定杂质,杂质扩散能控制导电类型(P结、N结)之外,还能控制杂质浓度以及分布。目前主要是用离子注入法来完成杂质扩散,也是超大规模集成电路中不可缺少的工艺。
这时可以清除掉残留下来的光刻胶掩模,经过离子注入单晶硅内部小部分硅原子已经被替换成“杂质”元素,就能产生可自由电子或空穴。
至此,基本完成晶体管雏形,接下来需要在在硅晶圆表面全面地沉积氧化硅膜,形成绝缘层,并且需要在层间绝缘膜上开孔,这样能引出导体电极。
接下来需要在晶圆表面上沉积铜层,形成场效应管的源极、漏极、栅极,再在晶圆表面沉积一层绝缘层以能保护晶体管。
经过这些复杂的过程,晶体管算是制作完成,后面需要做的就是把这些晶体管连接起来,通过覆盖铜层、光刻掩模、蚀刻开孔等操作来实现,期间还要利用大马士革法新的布线方式完成多层Cu立体化布线。
到了这一步,芯片电路基本完成,这中间需要几百道不同精累化工艺加工,任何错误都会导致晶圆报废。
在完成了芯片电路后,到成品销售,还需要很多后工程,包括晶圆测试、切片、外观检查、装片、封装,到此一颗真正的CPU就生产出来了。
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