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光刻三要素光刻三要素】光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶负胶：分辨率差，适于加工线宽3微米的线条 IC业界名词解释IC业界名词解释芯片 我们通常所说的芯片是指集成电路,它是微电子技术的主要产品.所谓微电子是相对强电、弱电等概念而言,指它处理的电子信号极其微小.它是现代信息技术的基础,我们通常所接触的电子产品,包括通讯、电脑、智能化系统、自动控制、空间技术、电台、电视等等都是在微电子技术的基础上发展起来的. 我国的信息通讯、电子终端设备产品这些年来有长足发展,但以加工装配、组装工艺、应用工程见长,产品的核心技术自主开发的较少,这里所说的核心技术主要就是微电子技术.就好像我们盖房子的水平已经不错了,但是,盖房子所用的砖瓦还不能生产.要命的是,砖瓦还很贵.一般来说,芯片成本最能影响整机的成本. 微电子技术涉及的行业很多,包括化工、光电技术、半导体材料、精密设备制造、软件等,其中又以集成电路技术为核心,包括集成电路的设计、制造.集成电路(IC)常用基本概念有: 晶圆,多指单晶硅圆片,由普通硅沙拉制提炼而成,是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至更大规格.晶圆越大,同一圆片上可生产的IC就多,可降低成本;但要求材料技术和生产技术更高. 前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后,其切割、封装等工序被称为后工序. 光刻:IC生产的主要工艺手段,指用光技术在晶圆上刻蚀电路. 线宽:4微米/1微米/0.6微未/0.35微米/035微米等,是指IC生产工艺可达到的最小导线宽度,是IC工艺先进水平的主要指标.线宽越小,集成度就高,在同一面积上就集成更多电路单元. 封装:指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接. 存储器:专门用于保存数据信息的IC. 逻辑电路:以二进制为原理的数字电路。1.集成电路 随着电子技术的发展及各种电器的普及，集成电路的应用越来越广，大到飞入太空的神州五号，小到我们身边的电子手表，里面都有我们下面将要说到的集成电路。 我们将各种电子元器件以相互联系的状态集成到半导体材料（主要是硅）或者绝缘体材料薄层片子上，再用一个管壳将其封装起来，构成一个完整的、具有一定功能的电路或系统。这种有一定功能的电路或系统就是集成电路了。就像人体由不同器官组成，各个器官各司其能而又相辅相成，少掉任何一部分都不能完整地工作一样。任何一个集成电路要工作就必须具有接收信号的输入端口、发送信号的输出端口以及对信号进行处理的控制电路。输入、输出（I/O）端口简单的说就是我们经常看到的插口或者插头，而控制电路是看不到的，这是集成电路制造厂在净化间里制造出来的。 如果将集成电路按集成度高低分类，可以分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）。近年来出现的特大规模集成电路（UISI），以小于1um为最小的设计尺寸，这样将在每个片子上有一千万到一亿个元件。 2.系统芯片（SOC） 不知道大家有没有看过美国大片终结者，在看电影的时候，有没有想过，机器人为什么能够像人一样分析各种问题，作出各种动作，好像他也有大脑，也有记忆一样。其实他里面就是有个系统芯片（SOC）在工作。当然，那个是科幻片，科技还没有发展到那个水平。但是SOC已成为集成电路设计学领域里的一大热点。在不久的未来，它就可以像终结者一样进行工作了。 系统芯片是采用低于0.6um工艺尺寸的电路，包含一个或者多个微处理器（大脑），并且有相当容量的存储器（用来记忆），在一块芯片上实现多种电路，能够自主地工作，这里的多种电路就是对信号进行操作的各种电路，就像我们的手、脚，各有各的功能。这种集成电路可以重复使用原来就已经设计好的功能复杂的电路模块，这就给设计者节省了大量时间。 SOC技术被广泛认同的根本原因，并不在于它拥有什么非常特别的功能，而在于它可以在较短的时间内被设计出来。SOC的主要价值是可以有效地降低电子信息系统产品的开发成本，缩短产品的上市周期，增强产品的市场竞争力。 3.集成电路设计 对于设计这个词，大家肯定不会感到陌生。在修建三峡水电站之前，我们首先要根据地理位置、水流缓急等情况把它在电脑上设计出来。制造集成电路同样也要根据所需要电路的功能把它在电脑上设计出来。 集成电路设计简单的说就是设计硬件电路。我们在做任何事情之前都会仔细地思考究竟怎么样才能更好地完成这件事以达到我们预期的目的。我们需要一个安排、一个思路。设计集成电路时，设计者首先根据对电路性能和功能的要求提出设计构思。然后将这样一个构思逐步细化，利用电子设计自动化软件实现具有这些性能和功能的集成电路。假如我们现在需要一个火警电路，当室内的温度高于50就报警。设计者将按照我们的要求构思，在计算机上利用软件完成设计版图并模拟测试。如果模拟测试成功，就可以说已经实现了我们所要的电路。 集成电路设计一般可分为层次化设计和结构化设计。层次化设计就是把复杂的系统简化，分为一层一层的，这样有利于发现并纠正错误；结构化设计则是把复杂的系统分为可操作的几个部分，允许一个设计者只设计其中一部分或更多，这样其他设计者就可以利用他已经设计好的部分，达到资源共享。 4.硅片制造 我们知道许多电器中都有一些薄片，这些薄片在电器中发挥着重要的作用，它们都是以硅片为原材料制造出来的。硅片制造为芯片的生产提供了所需的硅片。那么硅片又是怎样制造出来的呢？ 硅片是从大块的硅晶体上切割下来的，而这些大块的硅晶体是由普通硅沙拉制提炼而成的。可能我们有这样的经历，块糖在温度高的时候就会熔化，要是粘到手上就会拉出一条细丝，而当细丝拉到离那颗糖较远的地方时就会变硬。其实我们这儿制造硅片，首先就是利用这个原理，将普通的硅熔化，拉制出大块的硅晶体。然后将头部和尾部切掉，再用机械对其进行修整至合适直径。这时看到的就是有合适直径和一定长度的硅棒。再把硅棒切成一片一片薄薄的圆片，圆片每一处的厚度必须是近似相等的，这是硅片制造中比较关键的工作。最后再通过腐蚀去除切割时残留的损伤。这时候一片片完美的硅圆片就制造出来了。 5.硅单晶圆片 我们制造一个芯片，需要先将普通的硅制造成硅单晶圆片，然后再通过一系列工艺步骤将硅单晶圆片制造成芯片。下面我们就来看一下什么是硅单晶圆片。 从材料上看，硅单晶圆片的主要材料是硅，而且是单晶硅；从形状上看，它是圆形片状的。硅单晶圆片是最常用的半导体材料，它是硅到芯片制造过程中的一个状态，是为了芯片生产而制造出来的集成电路原材料。它是在超净化间里通过各种工艺流程制造出来的圆形薄片，这样的薄片必须两面近似平行且足够平整。硅单晶圆片越大,同一圆片上生产的集成电路就越多,这样既可降低成本，又能提高成品率，但材料技术和生产技术要求会更高。 如果按直径分类，硅单晶圆片可以分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来又发展出12英寸甚至更大规格。最近国内最大的硅单晶圆片制造厂中芯国际就准备在北京建设一条12英寸的晶圆生长线。 6.芯片制造 随着科学技术的飞速发展，芯片的性能越来越高，而体积却越来越小。我们在使用各种电子产品时无不叹服现代科技所创造的奇迹。而这样的奇迹，你知道是怎样被创造出来的吗？ 芯片是用地球上最普遍的元素硅制造出来的。地球上呈矿石形态的砂子，在对它进行极不寻常的加工转变之后，这种简单的元素就变成了用来制作集成电路芯片的硅片。 我们把电脑上设计出来的电路图用光照到金属薄膜上，制造出掩膜。就象灯光从门缝透过来，在地上形成光条，若光和金属薄膜能起作用而使金属薄膜在光照到的地方形成孔，那就在其表面有电路的地方形成了孔，这样就制作好了掩膜。我们再把刚制作好的掩膜盖在硅片上，当光通过掩膜照射，电路图就印制在硅晶片上。如果我们按照电路图使应该导电的地方连通，应该绝缘的地方断开，这样我们就在硅片上形成了所需要的电路。我们需要多个掩膜，形成上下多层连通的电路，那么就将原来的硅片制造成了芯片。所以我们说硅片是芯片制造的原材料，硅片制造是为芯片制造准备的。 7.EMS 提起EMS，大家可能会想到邮政特快专递，但我们集成电路产业里面所说的EMS是指没有自己的品牌产品，专门替品牌厂商生产的电子合约制造商，也称电子制造服务企业。那么就让我们来看一下电子合约制造商到底是干什么的。 所谓电子合约制造商，就是把别人的定单拿过来，替别人加工生产，就像是我们请钟点工回来打扫卫生、做饭一样，他们必须按照我们的要求来做事。EMS在各个方面，各个环节都有优势，从采购到生产、销售甚至在设计方面都具有自己的特色。因而它成了专门为品牌厂商生产商品的企业。EMS的优势在于它的制造成本低，反应速度快，有自己一定的设计能力和强大的物流渠道。 最近，一些国际知名的EMS电子制造商正在将他们的制造基地向中国全面转移。他们的到来当然会冲击国内做制造的企业。但是对其他企业来说可能就是个好消息，因为这些EMS必须要依靠本地的供应商提供零部件。 8.流片 在观看了电影摩登时代后，我们可能经常想起卓别林钮螺丝的那个镜头。大家知道影片中那种流水线一样的生产就是生产线。只是随着科学技术的发展，在现在的生产线上卓别林所演的角色已经被机器取代了。我们像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片，这就是流片。 在芯片制造过程中一般有两段时间可以叫做流片。在大规模生产芯片时，那流水线一样地生产就是其中之一。大家可能很早就已经知道了这个过程叫流片，但下面这种情况就不能尽说其详了。我们在搞设计的时候发现某个地方可以进行修改以取得更好的效果，但又怕这样的修改会给芯片带来意想不到的后果，如果根据这样一个有问题的设计大规模地制造芯片，那么损失就会很大。所以为了测试集成电路设计是否成功，必须进行流片，即从一个电路图到一块芯片，检验每一个工艺步骤是否可行，检验电路是否具备我们所要的性能和功能。如果流片成功，就可以大规模地制造芯片；反之，我们就需要找出其中的原因，并进行相应的优化设计。 9.多项目晶圆（MPW） 随着制造工艺水平的提高，在生产线上制造芯片的费用不断上涨，一次0.6微米工艺的生产费用就要20-30万元，而一次0.35微米工艺的生产费用则需要60-80万元。如果设计中存在问题，那么制造出来的所有芯片将全部报废。为了降低成本，我们采用了多项目晶圆。 所谓多项目晶圆(简称MPW)，就是将多种具有相同工艺的集成电路设计放在同一个硅圆片上、在同一生产线上生产，生产出来后，每个设计项目可以得到数十片芯片样品，这一数量足够用于设计开发阶段的实验、测试。而实验费用就由所有参加多项目晶圆的项目按照各自所占的芯片面积分摊，极大地降低了实验成本。这就很象我们都想吃巧克力，但是我们没有必要每个人都去买一盒，可以只买来一盒分着吃，然后按照各人吃了多少付钱。 多项目晶圆提高了设计效率，降低了开发成本，为设计人员提供了实践机会，并促进了集成电路设计成果转化，对IC设计人才的培训，及新产品的开发研制均有相当的促进作用。 10.晶圆代工 我们知道中芯国际是中国大陆知名的IT企业，可能也听说了这样一个消息，就是台积电将要来大陆投资建厂。他们所从事的工作都是晶圆代工。那现在让我们来了解一下什么是晶圆代工。 我们是熟悉加工坊的，它使用各种设备把客户送过去需要加工的小麦、水稻加工成为需要的面粉、大米等。这样就没有必要每个需要加工粮食的人都来建造加工坊。我们现在的晶圆代工厂就像是一个加工坊。晶圆代工就是向专业的集成电路设计公司或电子厂商提供专门的制造服务。这种经营模式使得集成电路设计公司不需要自己承担造价昂贵的厂房，就能生产。这就意味着，台积电等晶圆代工商将庞大的建厂风险分摊到广大的客户群以及多样化的产品上，从而集中开发更先进的制造流程。 随着半导体技术的发展，晶圆代工所需投资也越来越大，现在最普遍采用的8英寸生产线，投资建成一条就需要10亿美元。尽管如此，很多晶圆代工厂还是投进去很多资金、采购了很多设备。这足以说明晶圆代工将在不久的未来取得很大发展，占全球半导体产业的比重也将与日俱增。 11.SMT 我们经常会看到电器里有块板子，上面有很多电子器件。要是有机会看到板子的背面，你将看到正面器件的脚都通过板子上的孔到背面来了。现在出现了一种新兴技术，比我们刚才说的穿孔技术有更多优点。 SMT即表面贴装技术，是电子组装业中的一个新秀。随着电子产品的小型化，占面积太大的穿孔技术将不再适合，只能采用表面贴装技术。它不需要在板上穿孔，而是直接贴在正面。当然器件的脚就得短一点，细一点。SMT使电子组装变得越来越快速和简单，使电子产品的更新换代速度越来越快，价格也越来越低。这样厂方就会更乐意采用这种技术以低成本高产量生产出优质产品以满足顾客需求和加强市场竞争力。 SMT的组装密度高、电子产品体积和重量只有原来的十分之一左右。一般采用SMT技术后，电子产品的可靠性高，抗振能力强。而且SMT易于实现自动化，能够提高生产效率，降低成本，这样就节省了大量的能源、设备、人力和时间。 12.芯片封装 我们在走进商场的时候，就会发现里面几乎每个商品都被包装过。那么我们即将说到的封装和包装有什么区别呢？ 封装就是安装半导体集成电路芯片用的外壳。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电路性能下降，所以封装是至关重要的。封装后的芯片也更便于安装和运输。封装的这些作用和包装是基本相似的，但它又有独特之处。封装不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电路性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁-芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他大规模集成电路都起着重要的作用。随着CPU和其他大规模电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，芯片面积与封装面积之比（衡量封装技术水平的主要指标）越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能也越来越好。它还具有重量小，可靠性高，使用方便等优点。 13.芯片测试 为了能在当今激烈的市场竞争中立于不败之地，电子产品的生产厂家就必需确保产品质量。而为了保证产品质量，在生产过程中就需要采用各类测试技术进行检测，以及时发现缺陷和故障并进行修复。 我们在使用某个芯片的时候，经常发现这样的现象，就是芯片的其中几个引脚没有用到。我们甚至还会以为这样子使用这个芯片是用错了。其实这几个引脚是用来测试用的。在芯片被制造出来之后，还要由芯片测试工程师对芯片进行测试，看这些生产出来的芯片的性能是否符合要求、芯片的功能是否能够实现。实际上，我们这种测试方法只是接触式测试，芯片测试技术中还有非接触式测试。 随着线路板上元器件组装密度的提高，传统的电路接触式测试受到了极大的限制，而非接触式测试的应用越来越普遍。所谓非接触测试，主要就是利用光这种物质对制造过程中或者已经制造出来的芯片进行测试。这就好像一个人觉得腿痛，他就去医院进行一个X光透视，看看腿是不是出现骨折或者其他问题。这种方法不会收到元器件密度的影响，能够以很快的测试速度找出缺陷。 14.覆晶封装技术 我们都知道鸟笼是用竹棒把上下两块木板撑出一个空间，鸟就生活在这里面。我们将要说到的覆晶封装和鸟笼是有相似之处的。下面我们就来看一下什么是覆晶封装技术。 我们通常把晶片经过一系列工艺后形成了电路结构的一面称作晶片的正面。原先的封装技术是在衬底之上的晶片的正面是一直朝上的，而覆晶技术是将晶片的正面反过来，在晶片（看作上面那块板）和衬底（看作下面那块板）之间及电路的外围使用凸块（看作竹棒）连接，也就是说，由晶片、衬底、凸块形成了一个空间，而电路结构（看作鸟）就在这个空间里面。这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等优点。 随着半导体业的迅速发展，覆晶封装技术势必成为封装业的主流。典型的覆晶封装结构是由凸块下面的冶金层、焊点、金属垫层所构成，因此冶金层在元件作用时的消耗将严重影响到整个结构的可靠度和元件的使用寿命。 15.凸块制程 我们小时候经常玩橡皮泥，可能还这样子玩过，就是先把橡皮泥捏成一个头状，再在上面加上眼睛、鼻子、耳朵等。而我们长凸块就和刚刚说到的长眼睛、鼻子、耳朵差不多了。 晶圆制造完成后，在晶圆上进行长凸块制程。在晶圆上生长凸块后，我们所看到的就像是一个平底锅，锅的边沿就是凸块，而中间部分就是用来形成电路结构的。按凸块的结构分，可以把它分为本体和球下冶金层（UBM）两个部分。 就目前晶圆凸块制程而言，可分为印刷技术和电镀技术，两种技术各擅胜场。就电镀技术而言，其优势是能提供更好的线宽和凸块平面度，可提供较大的芯片面积，同时电镀凸块技术适合高铅制程的特性，可更大幅度地提高芯片的可靠度，增加芯片的强度与运作效能。而印刷技术的制作成本低廉较具有弹性，适用于大量和小量的生产，但是制程控制不易，使得这种方法较少运用于生产凸块间距小于150m的产品。 16.晶圆级封装 在一些古董展览会上，我们经常会看到这样的情形，即用一只玻璃罩罩在古董上。为了空气不腐蚀古董，还会采用一些方法使玻璃罩和下面的座垫之间密封。下面我们借用这个例子来理解晶圆级封装。 晶圆级封装(WLP)就是在其上已经有某些电路微结构（好比古董）的晶片（好比座垫）与另一块经腐蚀带有空腔的晶片（好比玻璃罩）用化学键结合在一起。在这些电路微结构体的上面就形成了一个带有密闭空腔的保护体（硅帽），可以避免器件在以后的工艺步骤中遭到损坏，也保证了晶片的清洁和结构体免受污染。这种方法使得微结构体处于真空或惰性气体环境中，因而能够提高器件的品质。 随着IC芯片的功能与高度集成的需求越来越大，目前半导体封装产业正向晶圆级封装方向发展。它是一种常用的提高硅片集成度的方法，具有降低测试和封装成本，降低引线电感，提高电容特性，改良散热通道，降低贴装高度等优点。 17.晶圆位阶的芯片级封装技术 半导体封装技术在过去二十年间取得了长足的发展，预计在今后二十年里还会出现更加积极的增长和新一轮的技术进步。晶圆位阶的芯片级封装技术是最近出现的有很大积极意义的封装技术。 我们把芯片原来面积与封装后面积之比接近1：1的理想情况的封装就叫做芯片级封装。就像我们吃桔子，总希望它的皮壳薄点。晶圆位阶的芯片级封装技术就是晶圆位阶处理的芯片级封装技术。它可以有效地提高硅的集成度。晶圆位阶处理就是在晶圆制造出来后，直接在晶圆上就进行各种处理，使相同面积的晶圆可以容纳更多的经芯片级封装的芯片，从而提高硅的集成度。同理，假如我们让人站到一间屋子里去，如果在冬天可能只能站十个人，而在夏天衣服穿少了，那就可以站十一或者十二个人。 晶圆位阶的芯片级封装制程将在今后的几年里以很快的速度成长，这将会在手机等手提电子设备上体现出来。我们以后的手机肯定会有更多的功能，比如可以看电视等，但是它们可能比我们现在使用的更小，那就用到了晶圆位阶的芯片级封装技术。所谓特征尺寸（线宽）是指器件中最小线条宽度。对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度，是一条工艺线中能加工的最小尺寸，也是设计中采用的最小设计尺寸单位（设计规则），常常作为技术水平的标志。基于市场竞争，不断提高产品的性能/价格比是微电子技术发展的动力。缩小特征尺寸从而提高集成度是提高产品性能/价格比最有效手段之一。只有特征尺寸缩小了，在同等集成度的条件下，芯片面积才可以做得更小，同等直径的硅片产出量才可以提高。当然，加入硅片直径，同样也可以提高产出量，而集成度的提高不仅可以提高产出量，而且可以使产品的速度、可靠性都得到提高，相应地成本可以降低。基于上述原因，在新技术的推动下，集成电路自发明以来的40年间，集成电路芯片的集成度每3年提高4倍，而加工特征尺寸缩小2倍。这就是由Intel公司创始人之一的Gordon E. Moore博士1965年总结出来的规律，被称为摩尔定律。线宽:4微米/1微米/0.6微未/0.35微米/035微米等,是指IC生产工艺可达到的最小导线宽度,是IC工艺先进水平的主要指标.线宽越小,集成度就高,在同一面积上就集成更多电路单元. CPU的生产工艺CPU的生产工艺如果问及CPU的原料是什么，大家都会轻而易举的给出答案是硅。这是不假，但硅又来自哪里呢？其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧，价格昂贵，结构复杂，功能强大，充满着神秘感的CPU竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑细选，从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下，如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成CPU，那么成品的质量会怎样，你还能用上像现在这样高性能的处理器吗？ 除去硅之外，制造CPU还需要一种重要的材料就是金属。目前为止，铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘汰，这是有一些原因的，在目前的CPU工作电压下，铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题，就是指当大量电子流过一段导体时，导体物质原子受电子撞击而离开原有位置，留下空位，空位过多则会导致导体连线断开，而离开原位的原子停留在其它位置，会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能，进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS（北木暴毕综合症）的原因，当发烧友们第一次给Northwood Pentium 4超频就急于求成，大幅提高芯片电压时，严重的电迁移问题导致了CPU的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历，它显然需要一些改进。不过另一方面讲，应用铜互连技术可以减小芯片面积，同时由于铜导体的电阻更低，其上电流通过的速度也更快。 除了这两样主要的材料之外，在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料，它们起着不同的作用，这里不再赘述。 CPU制造的准备阶段 在必备原材料的采集工作完毕之后，这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料，硅的处理工作至关重要。首先，硅原料要进行化学提纯，这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要，还必须将其整形，这一步是通过溶化硅原料，然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。而后，将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过，许多固体内部原子是晶体结构，硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求，整块硅原料必须高度纯净，及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出，此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看，硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的，不过只要企业肯投入大批资金来研究，还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元，新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高，功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍CPU的制造过程。 在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后，下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑，之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要，它直接 决定了成品CPU的质量。 新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料，而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙，彼此之间发生原子力的作用，从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺（互补型金属氧化物半导体）。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下，切片被掺入化学物质而形成P型衬底，在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计，这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下，必须尽量限制pMOS型晶体管的出现，因为在制造过程的后期，需要将N型材料植入P型衬底当中，而这一过程会导致pMOS管的形成。 在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度，空气成分和加温时间，该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中，门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大小。 准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并除去。 光刻蚀 这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，为什么这么说呢？光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕， 由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量，而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步（每一步进行一层刻蚀）。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话，可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比，甚至还要复杂，试想一下，把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上，那么这个芯片的结构有多么复杂，可想而知了吧。 当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。 掺杂 在残留的感光层物质被去除之后，剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后，另一个二氧化硅层制作完成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料（因此称作金属氧化物半导体），多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀，所需的全部门电路就已经基本成型了。然后，要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击，此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接，每个晶体管都有输入端和输出端，两端之间被称作端口。 重复这一过程 从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接，而Athlon64使用了9层，所使用的层数取决于最初的版图设计，并不直接代表着最终产品的性能差异 接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。而后，晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。 而后，整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中，那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装，这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后，还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品，一些芯片的运行频率相对较高，于是打上高频率产品的名称和编号，而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造，打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷（这种缺陷足以导致绝大多数的CPU瘫痪），那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量，降低了性能，当然也就降低了产品的售价，这就是Celeron和Sempron的由来。 在CPU的包装过程完成之后，许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏，且产品完全遵照规格所述，没有偏差。