【轉】瘾科学：现代处理器是怎么做出来的？

普通的沙子约有 25% 的硅，是地壳中仅次于氧的最常见元素，主要以二氧化硅的形态存在。这些硅经过多个步骤纯化后，达到足以制成芯片的质量 -- 每十亿个硅原子中，仅能出现一个别种的原子。最后这些高纯度的硅原子结晶成一颗巨大的单晶硅（直径 8~12 吋），重可达 100 kg！普通的沙子约有 25% 的硅，是地壳中仅次于氧的最常见元素，主要以二氧化硅的形态存在。这些硅经过多个步骤纯化后，达到足以制成芯片的质量 -- 每十亿个硅原子中，仅能出现一个别种的原子。最后这些高纯度的硅原子结晶成一颗巨大的单晶硅（直径 8~12 吋），重可达 100 kg！

接下来，单晶硅块被横向切成一片片薄薄的薄片，每一片就是一片「晶圆」。这些晶圆经过抛光后，就形成了制造芯片的原料。最早期的晶圆因为技术的关系，直径大约只有两寸，而今天最先进的晶圆厂则已经可以处理 12 寸的晶圆了。晶圆直径越大，切割时浪费的部份就越少，而且每一颗芯片的单价越低。

再下来就开始芯片的生产啦！整块晶圆被一层薄薄的特殊材质覆盖，这种材质的特性是当它被紫外线光照射到的部份，会变成可被溶液溶解。因此只要紫外线光透过一个有电路纹路的屏蔽照射在晶圆上，就可以在晶圆上印出和屏蔽相同的图案来。在屏蔽和晶圆间有片放大镜，可以将比较大号的屏蔽图案缩小后照在晶圆上。

上一步的时候说过，被紫外线光照射到的部份会变成可溶解，所以这时候只要把晶圆泡在溶液里，被照射到的部份就会被溶掉，只剩下没被照射到的部份。剩下来的特殊材质成为保护硅的「保护膜」在下一步蚀刻时，有保护膜的部份不会被蚀刻掉。最后再把特殊材质洗掉，就变成有刻入纹路的硅晶了。

除了蚀刻纹路外，为晶圆「加料」也是一个常见的步骤。将不需要加料的部份同样的特殊材料保护起来，剩下来的部份用高速离子轰炸，就能改变硅的电气特性，形成不同的晶体管组件。在上图的的例子中，绿色是被加料的部份，桃红色的是绝缘体，浅蓝色是被加另一种料的部份。

迷你的晶体管完成后，最后一步就是将整个晶体管绝缘起来，只留下未来要连接其它晶体管的接点。接点的制做方式，是将铜电镀到预先留好的洞里，再把多余的铜抛光磨掉。

下一步，就是在晶体管之间拉细细的铜线。哪条线该连到谁由芯片的设计所决定，但总而言之是非常复杂的。虽然芯片表面上看起来是平的，但事实上可以有多达 20 层的线穿缩在晶体管之间。

线拉完之后，芯片本身的制作就完成了。接下来是简单的测试，将一组特定的讯号送入芯片中，再比较输出的结果，看看有没有什么明显的大错误。然后晶圆被切割成一片片的芯片，先前测试不过关的不良品就此被抛弃。

过关的芯片下一步就是「封装」，将脆弱的芯片装入一个保护套内。除了保护外，封装还有两个功能 -- 下方绿色的基板提供芯片和电脑之间的接口（「针脚」），上方的金属上盖则是连接散热片和风扇，为芯片散热。封装好的芯片，就是我们所说的处理器。

处理器接下来被送入机器做更进一步的检测和分级 -- 同一个系列但不同频率的芯片很有可能是来自同一块晶圆的，只是在这个步骤跟据质量被「分级」成不同的频率。有时因为不同的市场需求，厂商会把质量比较好的芯片标成比较低的频率，于是这之间就有了超频的空间。

标好价，就是最终产品啦！

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