製造工藝:製造工藝分類,CPU製造工藝,GPU製造工藝,製造工藝詳解,矽提純,切割

製造工藝指製造CPU或GPU的製程，或指電晶體門電路的尺寸，單位為納米（nm)。目前主流的CPU製程已經達到了14-32納米（英特爾第五代i7處理器以及三星Exynos 7420處理器均採用最新的14nm製造工藝），更高的在研發製程甚至已經達到了7nm或更高。

更先進的製造工藝可以使CPU與GPU內部集成更多的電晶體，使處理器具有更多的功能以及更高的性能；更先進的製造工藝會減少處理器的散熱設計功耗（TDP)，從而解決處理器頻率提升的障礙；更先進的製造工藝還可以使處理器的核心面積進一步減小，也就是說在相同面積的晶圓上可以製造出更多的CPU與GPU產品，直接降低了CPU與GPU的產品成本，從而最終會降低CPU與GPU的銷售價格使廣大消費者得利.....處理器自身的發展歷史也充分的說明了這一點，先進的製造工藝不僅讓CPU的性能和功能逐步提升，也使成本得到了有效的控制。

基本介紹

中文名：製造工藝
外文名：Semiconductor device fabrication
單位：納米（nm）
其他名稱：製造CPU或GPU的製程

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製造工藝分類

CPU製造工藝

CPU製作工藝指的是在生產CPU過程中，要加工各種電路和電子元件，製造導線連線各個元器件等。現在其生產的精度以納米（以前用微米）來表示，精度越高，生產工藝越先進。在同樣的材料中可以容納更多的電子元件，連線線也越細，有利於提高CPU的集成度。製造工藝的納米數是指IC內電路與電路之間的距離。製造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展，密度愈高的IC電路設計，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更複雜的電路設計。微電子技術的發展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進。晶片製造工藝從1971年開始，經歷了10微米、6微米、3微米、1.5微米、1微米、800納米、600納米、350納米、250納米、180納米、130納米、90納米、65納米、45納米、32納米、22納米，一直發展到目前(2015年）最新的14納米，而10納米將是下一代CPU的發展目標。

2017年1月3日，美國高通公司在CES2017正式推出其最新的頂級移動平台——集成X16 LTE的Qualcomm驍龍835處理器。驍龍835處理器是首款採用10納米FinFET工藝節點實現商用製造的移動平台。

GPU製造工藝

顯示卡的製造工藝實際上就是指顯示核心的製程，它指的是電晶體門電路的尺寸，現階段主要以納米（nm）為單位。顯示晶片的製造工藝與CPU一樣，也是用微米來衡量其加工精度的。製造工藝的提高，意味著顯示晶片的體積將更小、集成度更高，可以容納更多的電晶體。和中央處理器一樣，顯示卡的核心晶片，也是在矽晶片上製成的。微電子技術的發展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，顯示晶片製造工藝在1995年以後，從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納米、80納米、65納米、55納米、40納米、28納米、16納米一直發展到現在的12納米製程。據悉，顯示卡廠商英偉達（NVIDIA）的下一代顯示卡架構“安培”（Ampere)將會採用台積電10nm FinFET的製造工藝。

製造工藝詳解

矽提純

生產CPU與GPU等晶片的材料是半導體，現階段主要的材料是矽Si，這是一種非金屬元素，從化學的角度來看，由於它處於元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處，所以具有半導體的性質，適合於製造各種微小的電晶體，是目前最適宜於製造現代大規模積體電路的材料之一。

在矽提純的過程中，原材料矽將被熔化，並放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐里放入一顆晶種，以便矽晶體圍著這顆晶種生長，直到形成一個幾近完美的單晶矽。以往的矽錠的直徑大都是200毫米，而CPU或GPU廠商正在增加300毫米晶圓的生產。

切割晶圓

矽錠造出來了，並被整型成一個完美的圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用於CPU與GPU的製造。所謂的“切割晶圓”也就是用機器從單晶矽棒上切割下一片事先確定規格的矽晶片，並將其劃分成多個細小的區域，每個區域都將成為一個處理器的核心(Die)。一般來說，晶圓切得越薄，相同量的矽材料能夠製造的處理器成品就越多。

影印

（Photolithography）

在經過熱處理得到的矽氧化物層上面塗敷一種光阻(Photoresist)物質，紫外線通過印製著處理器複雜電路結構圖樣的模板照射矽基片，被紫外線照射的地方光阻物質溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區域不受到光的干擾，必須製作遮罩來遮蔽這些區域。這是個相當複雜的過程，每一個遮罩的複雜程度得用10GB數據來描述。

蝕刻

(Etching)

這是CPU與GPU生產過程中重要操作，也是處理器工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的套用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光並配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來停止光照並移除遮罩，使用特定的化學溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層矽。

然後，曝光的矽將被原子轟擊，使得暴露的矽基片局部摻雜，從而改變這些區域的導電狀態，以製造出N井或P井，結合上面製造的基片，處理器的門電路就完成了。