現(xiàn)在市場上產(chǎn)品豐富，琳瑯滿目，當(dāng)你使用著配置了款CPU的電腦在互聯(lián)網(wǎng)上縱橫馳騁，在各種程序應(yīng)用之間操作自如的時(shí)候，有沒有興趣去想一想這個(gè)頭不大、功能不小的CPU是怎么制作出來的呢。另外一家號(hào)稱信息產(chǎn)業(yè)的藍(lán)色巨人的IBM，也擁有強(qiáng)大的處理器設(shè)計(jì)與制造能力，它們發(fā)明了應(yīng)變硅技術(shù)，并在90納米的處理器制造工藝上走在前列。在今天的文章中，我們將一步一步的為您講述中央處理器從一堆沙子到一個(gè)功能強(qiáng)大的集成電路芯片的全過程。難以想象吧，價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，充滿著神秘感的CPU竟然來自那根本一文不值的沙子。當(dāng)然這中間必然要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的制造過程才行。不過不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細(xì)選，從中提取出純凈的硅原料才行。

　　CPU是計(jì)算機(jī)的心臟，它是決定計(jì)算機(jī)性能的重要的部件。同樣CPU也是現(xiàn)代社會(huì)飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力源泉，在任何電子設(shè)備上都可以找到微芯片的身影。不過能完成復(fù)雜功能的CPU確是以沙子為原料做成的，不得不驚嘆于人類的智慧！Intel公布了大量圖文資料，詳細(xì)展示了從沙子到芯片的全過程，滿足你的好奇心。

　　簡單地說，處理器的制造過程可以大致分為沙子原料（石英）、硅錠、晶圓、光刻（平版印刷）、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測(cè)試與切割、封裝、等級(jí)測(cè)試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步里邊又包含更多細(xì)致的過程。

　　下邊就圖文結(jié)合，一步一步看看：

　　沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的沙子（尤其是石英）多包含25％的硅元素，以二氧化硅（SiO2）的形式存在，這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

　　硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級(jí)，下同。通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電子級(jí)硅（EGS），平均每一百萬個(gè)硅原子中多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，得到的就是硅錠（Ingot）。

　　單晶硅錠  在制成硅錠并確保其是一個(gè)的圓柱體之后，下一個(gè)步驟就是將這個(gè)圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產(chǎn)的處理器芯片就更多。切片還要鏡面精加工的處理來確保表面光滑，之后檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質(zhì)量檢驗(yàn)尤為重要，它直接 決定了成品CPU的質(zhì)量。新的切片中要摻入一些物質(zhì)而使之成為真正的半導(dǎo)體材料，而后在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質(zhì)原子進(jìn)入硅原子之間的空隙，彼此之間發(fā)生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導(dǎo)體的特性。今天的半導(dǎo)體制造多選擇CMOS工藝（互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體）。其中互補(bǔ)一詞表示半導(dǎo)體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負(fù)極和正極。多數(shù)情況下，切片被摻入化學(xué)物質(zhì)而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來設(shè)計(jì)，這種類型的晶體管空間利用率更高也更加節(jié)能。同時(shí)在多數(shù)情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現(xiàn)，因?yàn)樵谥圃爝^程的后期，需要將N型材料植入P型襯底當(dāng)中，而這一過程會(huì)導(dǎo)致pMOS管的形成。  在摻入化學(xué)物質(zhì)的工作完成之后，標(biāo)準(zhǔn)的切片就完成了。然后將每一個(gè)切片放入高溫爐中加熱，通過控制加溫時(shí)間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過密切監(jiān)測(cè)溫度，空氣成分和加溫時(shí)間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。

　　CPU制造：第二階段圖文直播：

　　硅錠切割：橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，也就是我們常說的晶圓（Wafer）。順便說，這下知道為什么晶圓都是圓形的了吧？

　　晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當(dāng)鏡子。事實(shí)上，Intel自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是從第三方半導(dǎo)體企業(yè)那里直接購買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工，比如現(xiàn)在主流的45nm HKMG（高K金屬柵極）。值得一提的是，Intel公司創(chuàng)立之初使用的晶圓尺寸只有2英寸/50毫米。

　　CPU制造：第三階段圖文直播：

　　光刻膠（Photo Resist）：圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。

　　光刻一：光刻膠層隨后透過掩模（Mask）被曝光在紫外線（UV）之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會(huì)形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。

　　光刻二：由此進(jìn)入50-200納米尺寸的晶體管級(jí)別。一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個(gè)處理器，不過從這里開始把視野縮小到其中一個(gè)上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當(dāng)于開關(guān)，控制著電流的方向。現(xiàn)在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個(gè)針頭上就能放下大約3000萬個(gè)。

　　CPU制造：第四階段圖文直播：

　　溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致。

　　蝕刻：使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的部分。

　　清除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后就可以看到設(shè)計(jì)好的電路圖案。

　　CPU制造：第五階段圖文直播：

　　光刻膠：再次澆上光刻膠（藍(lán)色部分），然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護(hù)不會(huì)離子注入的那部分材料。

　　離子注入（Ion Implantation）：在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的、要摻雜的原子的離子照射（注入）固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過電場加速后，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時(shí)。

　　清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)域（綠色部分）也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時(shí)候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。

　　在處理器成品完成之后，還要進(jìn)行全方位的芯片功能檢測(cè)。這一部會(huì)產(chǎn)生不同等級(jí)的產(chǎn)品，一些芯片的運(yùn)行頻率相對(duì)較高，于是打上高頻率產(chǎn)品的名稱和編號(hào)，而那些運(yùn)行頻率相對(duì)較低的芯片則加以改造，打上其它的低頻率型號(hào)。這就是不同市場定位的處理器。而還有一些處理器可能在芯片功能上有一些不足之處。比如它在緩存功能上有缺陷（這種缺陷足以導(dǎo)致絕大多數(shù)的CPU癱瘓），那么它們就會(huì)被屏蔽掉一些緩存容量，降低了性能，當(dāng)然也就降低了產(chǎn)品的售價(jià)，這就是Celeron和Sempron的由來。在CPU的包裝過程完成之后，許多產(chǎn)品還要再進(jìn)行測(cè)試來確保先前的制作過程無一疏漏，且產(chǎn)品完全遵照規(guī)格所述，沒有偏差。