CPU：Central Processing Unit，中文译名“中央处理器”，它被称为计算机的大脑，由此可见CPU在计算机中扮演着多么重要的角色。日前全球第一大CPU制造商英特尔就公布了一组图片，为大家生动、详细地解释了一颗CPU是如何一步一步制造出来的。也许用一个词可以大致概括这个变化，那就是“炼沙成金”。那么英特尔怎么将海滩上的沙子变成滚滚的黄金的呢？且看下文。

沙子：硅是地壳第二丰富的化学物质，脱氧后的沙子（尤其是石英）会以二氧化硅（SiO2）的形态出现，其中会包含25%左右的硅元素。可以说沙子是半导体产品最为普通的一种原料。

硅熔炼：晶圆尺寸（大约300mm / 12英寸）。硅在经过不同的步骤净化后，最终必须达到制造合格半导体的质量标准，达到标准的硅被称为“电子级硅（Electronic Grade Silicon）”。电子级硅包含有十亿个硅原子，其中可能只含有一个杂质原子。上图展示了如何净化硅、从而提炼出大结晶体，这种结晶体被称为“硅锭（Silicon Ingot）”。

沙子、熔炼、硅锭

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单晶硅锭：硅锭可由电子级硅制造而来。一个硅锭的重量约为100千克，硅纯度为99.9999%。

硅切割：硅锭被切割成单个的硅片，而这就是“晶圆（Wafer）”。

晶圆：晶圆经过抛光后，其表面会非常平滑，且完美无瑕。不过英特尔是通过第三方公司购买这些晶圆的。例如，英特尔的45纳米高K/金属栅极（High-K/Metal Gate）工艺就使用了直径为300mm（约12英寸）的晶圆。有意思的是，英特尔原本使用的是50mm（2英寸）晶圆，而现在使用的是300mm晶圆，这就在很大程度上降低了生产成本。

硅锭切割出晶圆

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涂抹光刻胶（Photo Resist）：在晶圆旋转过程中要浇上蓝色的液体（如图），这有点像传统电影胶片。在这一步中，晶圆不断旋转的目的是让光刻胶能更薄、更平。

光刻（Exposure）：光刻胶在经过掩模之后必须在紫外线下进行曝光处理。这种化学反应有点像相机的胶片在按下快门后出现的反应。而光刻胶在经过曝光后就会变得易溶。在经紫外线曝光后，掩模就会在每一层微处理器上形成预先设计好的电路图案。上图的管状物会缩小掩模的图案，因此晶圆上的电路图案通常仅是掩模上图案的四分之一大。

光刻：从现在起进入晶体管（50-200nm）部分。单个晶圆可以切割出数百个微处理器，晶体管的作用就像开关，控制着芯片中的电流。英特尔研究人员已经研发出了非常非常小的晶体管，一个针头上可以放下3000万个晶体管。

光刻胶与光刻

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溶解光刻胶：粘稠的光刻胶完全可以溶解在溶剂里，清楚光刻胶后留下的图片与掩模上的一致。

蚀刻（Etching）：光刻胶是用来包含相关材质免受侵蚀的。而露在外面的材质则会被化学物质溶解掉。

清除光刻胶：在被时刻的光刻胶被溶解和清除后，原来设计好的电路图案就清晰可见了。

光刻与蚀刻

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运用光刻胶：晶体管的等级在50-200nm范围内。图中蓝色的部分是光刻胶，进行光刻，再洗掉曝光的部分。所剩下来的光刻胶可以用来保护某些地方不被离子注入。

离子注入：这个过程被称为离子注入，也可以看做是整个半导体芯片制造过程中的催化过程。在真空的环境中，在裸露的硅片中通过离子照射的形式，掺入固体催化材料。被注入的区域就会形成特熟的注入层。注入时，离子会使用电磁场进行加速。离子的运动速度会非常快，以超过30万千米每小时的速度被摄入硅片中。

清楚光刻胶：当离子注入结束之后，光刻胶也会被清除，而被注入离子的绿色区域会掺杂额外的离子，从而改变材料导电的性状。在半导体中的P与N就这样被区分开来。

光刻胶、离子注入、清洁

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晶体管完成：现在晶体管已经接近完成，再在上面覆盖一层绝缘层（红色）。在绝缘层上会蚀刻出三个洞，在洞中填充铜，这样就可以让其与其他晶体管进行互联。

电镀工艺：在这个阶段晶片被放入硫酸铜溶液。铜离子会沉积在晶体管上，这个过程就被称作电镀，铜离子会从正极流向晶体管上的负极。

电镀之后：经过电镀之后在晶圆表面会形成一层薄薄的铜层。

绝缘层与电镀

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打磨：将多于的这层薄薄的铜层抛光，就得到了三个铜引脚。

金属层：下面就要在晶体管之上建立多重金属互联层，你也可以把他们认为是晶体管之间的电线。这些晶体管都是各自的功能，使用这些复杂的金属链路就能让他们各自实现不同的功能。比如让一大片晶体管形成一个处理核心。虽然从表面上看晶圆上非常平坦，但是如果你使用显微镜观察，你就会发现晶体管上这些多重金属互联层可以多达20层，形成非常复杂的电路。它就像是科幻电影中复杂的空中立体交通网络一样。

打磨与构建金属层

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晶圆排序测试：此时的生产制程已经上升到10nm/0.5英寸的等级。这个环节是晶圆第一次进行功能性测试。这个阶段的测试会对每个芯片进行测试。

晶圆切割：此时的制程等级已经到了300毫米至12英寸的级别。要将晶圆上一个个硅片都切割成小芯片。每一颗小小的芯片就是一颗处理器。这样芯片在英文中叫做die，一般电脑翻译软件都会翻译成死亡

抛弃错误的芯片：机械手可以辨识那些合格的与有瑕疵的芯片。这个过程会将瑕疵芯片抛弃，然后将好的芯片送入下一道封装工序。

晶圆的测试与切割

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单个芯片：此时的制程等级已经达到了10mm/0.5英寸。这个就是从晶圆上切割下来的独立处理器芯片。图中演示的是Core i7的芯片核心。

封装：制程工艺20mm/1英寸。下一步就需要将处理器核心、衬底、顶盖散热片都封装在一起。图中最下面的绿色部分就是衬底，它是处理器核心与主板接口的适配器，处理器通过它延展出很多针脚和接口。而中间部分就是上文提到的处理器芯片。为了保护脆弱的处理器芯片，顶部还要加装一个顶盖，同时他也有超强的散热作用。

处理器：现在已经处理器的制造已经完成，眼前的这颗就是最先进的Intel Core i7处理器。处理器的制造是这个星球上最为复杂的产品。事实上它需要数以百计的工序，你才能看到这样图片，在这里我们仅仅展示了比较关键的几个生产环节。它的生产车间：处理器工厂是世界上最清洁的地方。

单个处理器芯片的封装

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典型测试：刚刚生产好的处理器还不能马上销售。在最后还要对处理器进行一些列繁杂的检测工作。比如处理器的功耗与最高频率等等。

分组：基于严苛的测试结果后，Intel会将具有相同特性的处理器分成一组。他们的功耗与最高频率大致相当。所有的处理器都是在同一条生产线上制造的。但是个体素质的差异决定了他们的命运。能在较高频率下稳定工作的就被冠上Core i7 940，而稍差一些的就被当做Core i7 920来出售。

零售包装：对于制造和测试来说，这道工序就显得非常简单了。就像是其他商品一样，这里就是给零售市场的处理器进行简单的包装。最终我们会在商店里看到的处理器产品也就是这个样子。当一颗颗处理器被卖掉的时候，Intel就真正实现了炼沙成金的全过程。

处理器成品的测试与包装

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