制造工艺

编辑:涕泗网互动百科 时间:2020-01-27 22:37:39
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制造工艺指制造CPU或GPU的制程,或指晶体管门电路的尺寸,单位为纳米(nm)。目前主流的CPU制程已经达到了14-32纳米(英特尔第五代i7处理器以及三星Exynos 7420处理器均采用最新的14nm制造工艺),更高的在研发制程甚至已经达到了7nm或更高。[1] 
更先进的制造工艺可以使CPU与GPU内部集成更多的晶体管,使处理器具有更多的功能以及更高的性能;更先进的制造工艺会减少处理器的散热设计功耗(TDP),从而解决处理器频率提升的障碍;更先进的制造工艺还可以使处理器的核心面积进一步减小,也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的CPU与GPU产品,直接降低了CPU与GPU的产品成本,从而最终会降低CPU与GPU的销售价格使广大消费者得利.....处理器自身的发展历史也充分的说明了这一点,先进的制造工艺不仅让CPU的性能和功能逐步提升,也使成本得到了有效的控制。
中文名
制造工艺
外文名
Semiconductor device fabrication
单    位
纳米(nm)

制造工艺制造工艺分类

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制造工艺CPU制造工艺

CPU制作工艺指的是在生产CPU过程中,要加工各种电路和电子元件,制造导线连接各个元器件等。现在其生产的精度以纳米(以前用微米)来表示,精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以容纳更多的电子元
晶圆局部 晶圆局部
件,连接线也越细,有利于提高CPU的集成度。制造工艺的纳米数是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展,密度愈高的IC电路设计,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进。芯片制造工艺从1971年开始,经历了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800纳米、600纳米、350纳米、250纳米、180纳米、130纳米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、22纳米,一直发展到目前(2015年)最新的14纳米,而10纳米将是下一代CPU的发展目标。[2] 

制造工艺GPU制造工艺

显卡的制造工艺实际上就是指显示核心的制程,它指的是晶体管门电路的尺寸,现阶段主要以纳米(nm)为单位。显示芯片的制造工艺与CPU一样,也是用微米来衡量其加工精度的。制造工艺的提高,意味着显示芯片的体积将更小、集成度更高,可以容纳更多的晶体管。
NVIDIA的GM200芯片采用28nm的制造工艺 NVIDIA的GM200芯片采用28nm的制造工艺
中央处理器一样,显示卡的核心芯片,也是在硅晶片上制成的。微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进,显示芯片制造工艺在1995年以后,从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纳米、80纳米、65纳米、55纳米、40纳米一直发展到现在的28纳米制程。据悉,显卡厂商英伟达(NVIDIA)的下一代显卡架构“帕斯卡”(Pascal)将会采用台积电16nm FinFET或者三星14nm FinFET的制造工艺。[3] 

制造工艺制造工艺详解

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制造工艺硅提纯

生产CPU与GPU等芯片的材料是半导体,现阶段主要的材料是硅Si,这是一种非金属元素,从化学的角度来看,由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处,所以具有半导体的性质,适合于制造各种微小的晶体管,是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
在硅提纯的过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。以往的硅锭的直径大都是200毫米,而CPU或GPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。

制造工艺切割晶圆

硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU与GPU的制造。所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个处理器的内核(Die)。一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的处理器成品就越多。

制造工艺影印

(Photolithography)
在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质,紫外线通过印制着处理器复杂电路结构图样的模板照射硅基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域不受到光的干扰,必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程,每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。

制造工艺蚀刻

这是CPU与GPU生产过程中重要操作,也是处理器工业中的重头技术。蚀刻技术把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上,使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩,使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。
然后,曝光的硅将被原子轰击,使得暴露的硅基片局部掺杂,从而改变这些区域的导电状态,以制造出N井或P井,结合上面制造的基片,处理器的门电路就完成了。

制造工艺重复分层

为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU与GPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。

制造工艺封装

这时的CPU或GPU是一块块晶圆,它还不能直接被用户使用,必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同,但越高级的处理器封装也越复杂,新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。

制造工艺多次测试

测试是一个处理器制造的重要环节,也是一块处理器出厂前必要的考验。这一步将测试晶圆的电气性能,以检查是否出了什么差错,以及这些差错出现在哪个步骤(如果可能的话)。
当CPU或GPU被放进包装盒之前,一般还要进行最后一次测试,以确保之前的工作准确无误。根据前面测试而确定的处理器的体质不同,它们被放进不同的包装,销往世界各地。
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参考资料
词条标签:
计算机学 科技 工艺