技术讨论系列贴3： 转点专业知识，CPU用了那么久，你知道CPU是怎样制造出来的吗？

mjordan

目前半导体工业所使用的原材料还是硅，是经过特别选择的非常纯净的沙子

其实这些沙子的初步加工都是沿海进行的，限于技术水平和设备，不得不使用非常污染环境的方法加工到99.9%纯度的硅；然后低价卖给国外企业，进行进一步提纯，其纯度提升了几个数量级，达到99.9999999%的纯度。所以技术决定一切啊...


然后，将得到的高纯硅缓慢注入一个模具里面，以一定的速度冷却，得到一整块单晶硅。

单晶硅的结晶速度，纯度，杂质含量都是有关系的，晶圆(wafer)越大，单片晶圆所能切割出来的芯片也就越多，对单晶硅提供者和芯片制造厂商的技术要求也就越高。最近好像逐渐过渡到18inch wafer了。

这些单晶硅被切割成片状，用于下一步制造。接下来是离子注入技术（ion implanter），离子注入技术是使用被剥夺了电子的金属离子在电场之内加速，轰击硅片表面，由于速度很快，能量很高，离子能够直接进入硅内部，从而改变局部导电性。我相信这里反复使用了lithography(掩膜光刻技术)，由于离子注入的深度只有数十个原子厚度，所以能够用光刻胶很好阻挡。

一般通过光刻机进行，光刻机数亿美元一台，里面最贵的基本就是大家都很喜欢的莱卡“镜头”；莱卡这些镜头厂商出品单反镜头只是给消费者福利而已，并不指望能赚多少钱，大多数的利润还是在光刻机里。德国工业凭借其严谨的态度，镜头品质非常赞！

光刻机使用镜头将掩膜所留下来的斑驳光影缩小数倍，投射在光刻胶上，改变其化学性质，让其容易被洗掉。没有曝光的光刻胶等通过精密抛光除去。

掩膜光刻的优势在于，使用一个有数亿个窟窿的模板可以在几步操作内形成数亿个晶体管。

离子注入步骤之后，晶体管的source和drain等成型，借用Asuka的图：接下来继续进行掩膜光刻、电化学沉积、精密抛光的反复步骤，最终形成这种四通八达的铜线互联道路，新一代CPU的这种道路可以达到20层甚至更多。在显微镜下，这是人类设计的最复杂，最庞大的多层交通路线。