【周二阅读】教你如何用一堆沙子造出CPU（上篇）

作为计算机的核心组件，CPU（Central Processor Unit，中央处理器）在大家的心中一直是十分神秘的：在多数人的心目中，它都只是一个名词缩写，他们甚至连它的全写都拚不出来；在一些硬件高手的眼里，CPU也至多是一块十余平方厘米，有很多脚的块块儿，而CPU的核心部分甚至只有不到一平方厘米大。

从今天开始，工程师

要想造个芯片, 首先, 你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry (外包的晶圆制造公司)

(此处担心有版权问题… 毕竟我也是拿别人钱干活的苦逼phd… 就不放全电路图了… 大家看看就好， 望理解！ ）

再放大...

cool! 

我们终于看到一个门电路啦! 

这是一个NAND Gate(与非门)

大概是这样:

A、B是输入, Y是输出。
其中蓝色的是金属1层, 绿色是金属2层, 紫色是金属3层, 粉色是金属4层...
那晶体管(更正：题主的“晶体管”自199X年以后已经主要是 MOSFET，即场效应管了) 呢?

仔细看图，看到里面那些白色的点吗？那是衬底，还有一些绿色的边框?那些是ActiveLayer (也即掺杂层)

然后Foundry是怎么做的呢? 大体上分为以下几步: 

首先搞到一块圆圆的硅晶圆，

就是一大块晶体硅， 打磨的很光滑，一般是圆的。

看到上面那堆沙子没？

对！把它们融了，提取出来的就是硅。

1、湿洗 (用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)

2、光刻 (用紫外线透过蒙版照射硅晶圆，被照到的地方就会容易被洗掉，没被照到的地方就保持原样。于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案。注意，此时还没有加入杂质，依然是一个硅晶圆)

3. 离子注入 (在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质，不同杂质根据浓度\位置的不同就组成了场效应管)

4.（1）干蚀刻 (之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的，而是为了离子注入而蚀刻的。现在就要用等离子体把他们洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构，这一步进行蚀刻)。

（2）湿蚀刻 (进一步洗掉, 但是用的是试剂，所以叫湿蚀刻)。

--- 以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦~ 但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做, 以达到要求.---

5、等离子冲洗 (用较弱的等离子束轰击整个芯片)

6、热处理, 其中又分为：
（1）快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上，然后慢慢地冷却下来，为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化)
（2）退火
（3）热氧化 (制造出二氧化硅，也即场效应管的栅极(gate) )

7、化学气相淀积(CVD)，进一步精细处理表面的各种物质

8、物理气相淀积 (PVD)，类似可以给敏感部件加coating
9、分子束外延 (MBE)如果需要长单晶的话就需要这个..
10、电镀处理
11、化学/机械 表面处理

然后芯片就差不多了, 接下来还要：

12、晶圆测试

13、晶圆打磨

好了，

到这样的阶段，我们的晶体

就可以封装了。

一堆沙子的进化，这才走了一部分。

虽然已经有点眉目，离修成正果还有一步，

这里容小编卖个关子，

咱们下期分解！！

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