現代處理器是怎麼做出來的

http://cn.engadget.com/2009/07/30/how-modern-processors-are-made/
癮科學：現代處理器是怎麼做出來的？

由 Andy Yang 於 22 hours 之前發表

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。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，直徑大約只有兩寸，而今天最先進的晶圓廠則已經可以處理 12 寸的晶圓了。晶圓直徑越大，切割時浪費的部份就越少，而且每一顆晶片的單價越低。

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屏蔽照射在晶圓上，就可以在晶圓上印出和屏蔽相同的圖案來。在屏蔽和晶圓間有片放大鏡，可以將比較大號的屏蔽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，形成不同的晶體管組件。在的的例子中，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。

迷你的晶體管完成後，最後一步就是將整個晶體管絕緣起來，只留下未來要串連其它晶體管的接點。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，就是在晶體管之間拉細細的銅線。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 層的線穿縮在晶體管之間。

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串連散熱片和風扇，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 -- 同一個系列但不同頻率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」成不同的頻率。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頻率，於是這之間就有了超頻的空間。

標好價，就是最終產品啦！