製造工藝分類
CPU製造工藝
CPU“製作工藝”指得是在生產CPU過程中,要進行加工各種電路和電子元件,
製造工藝的微米是指IC內電路與電路之間的距離。製造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展,密度愈高的IC電路設計,意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更複雜的電路設計。微電子技術的發展與進步,主要是靠工藝技術的不斷改進。晶片製造工藝在1995年以後,從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90納米、80納米、65納米,45納米,32納米,一直發展到目前最新的22納米,而15納米將是下一代CPU的發展目標。
GPU製造工藝
顯示卡的製造工藝實際上就是指顯示核心的製程,它指的是電晶體門電路的尺寸,
和中央處理器一樣,顯示卡的核心晶片,也是在矽晶片上製成的。微電子技術的發展與進步,主要是靠工藝技術的不斷改進,顯示晶片製造工藝在1995年以後,從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米、90納米、80納米、65納米、55納米、40納米一直發展到目前的28納米製程。
製造工藝詳解
矽提純
生產CPU與GPU等晶片的材料是半導體,現階段主要的材料是矽Si,這是一種非金屬元素,從化學的角度來看,由於它處於元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處,所以具有半導體的性質,適合於製造各種微小的電晶體,是目前最適宜於製造現代大規模積體電路的材料之一。在矽提純的過程中,原材料矽將被熔化,並放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐里放入一顆晶種,以便矽晶體圍著這顆晶種生長,直到形成一個幾近完美的單晶矽。以往的矽錠的直徑大都是200毫米,而CPU或GPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產。
切割晶圓
矽錠造出來了,並被整型成一個完美的圓柱體,接下來將被切割成片狀,稱為晶圓。晶圓才被真正用於CPU與GPU的製造。所謂的“切割晶圓”也就是用機器從單晶矽棒上切割下一片事先確定規格的矽晶片,並將其劃分成多個細小的區域,每個區域都將成為一個處理器的核心(Die)。一般來說,晶圓切得越薄,相同量的矽材料能夠製造的處理器成品就越多。影印
在經過熱處理得到的矽氧化物層上面塗敷一種光阻(Photoresist)物質,紫外線通過印製著處理器複雜電路結構圖樣的模板照射矽基片,被紫外線照射的地方光阻物質溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區域也受到光的干擾,必須製作遮罩來遮蔽這些區域。這是個相當複雜的過程,每一個遮罩的複雜程度得用10GB數據來描述。蝕刻
這是CPU與GPU生產過程中重要操作,也是處理器工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的套用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上,使之曝光。接下來停止光照並移除遮罩,使用特定的化學溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜,以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層矽。然後,曝光的矽將被原子轟擊,使得暴露的矽基片局部摻雜,從而改變這些區域的導電狀態,以製造出N井或P井,結合上面製造的基片,處理器的門電路就完成了。
重複、分層
為加工新的一層電路,再次生長矽氧化物,然後沉積一層多晶矽,塗敷光阻物質,重複影印、蝕刻過程,得到含多晶矽和矽氧化物的溝槽結構。重複多遍,形成一個3D的結構,這才是最終的CPU與GPU的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導體。封裝
這時的CPU或GPU是一塊塊晶圓,它還不能直接被用戶使用,必須將它封入一個陶瓷的或塑膠的封殼中,這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結構各有不同,但越高級的處理器封裝也越複雜,新的封裝往往能帶來晶片電氣性能和穩定性的提升,並能間接地為主頻的提升提供堅實可靠的基礎。多次測試
測試是一個處理器製造的重要環節,也是一塊處理器出廠前必要的考驗。這一步將測試晶圓的電氣性能,以檢查是否出了什麼差錯,以及這些差錯出現在哪個步驟(如果可能的話)。當CPU或GPU被放進包裝盒之前,一般還要進行最後一次測試,以確保之前的工作準確無誤。根據前面測試而確定的處理器的體質不同,它們被放進不同的包裝,銷往世界各地。