存储器刻蚀

A. 电脑处理器的工作原理是什么 决定频率快慢的因素是什么

想知道处理器的工作原理是什么? 决定频率快慢的因素是什么?需要从制造过程开始

现在市场上产品丰富，琳琅满目，当你使用着配置了最新款CPU的电脑在互联网上纵横驰骋，在各种程序应用之间操作自如的时候，有没有兴趣去想一想这个头不大、功能不小的CPU是怎么制作出来的呢。

在今天的半导体制造业中，计算机中央处理器无疑是受关注程度最高的领域，而这个领域中众所周知的两大巨头，其所遵循的处理器架构均为x86，而另外一家号称信息产业的蓝色巨人的IBM，也拥有强大的处理器设计与制造能力，它们最先发明了应变硅技术，并在90纳米的处理器制造工艺上走在最前列。在今天的文章中，我们将一步一步的为您讲述中央处理器从一堆沙子到一个功能强大的集成电路芯片的全过程。

制造CPU的基本原料
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，没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。

首先让我们来看一下处理器的工作原理

一个工厂对产品的加工过程：

进入工厂的原料（程序指令），结过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出的成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储单元）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。

处理器的工作原理：

从控制单元开始，处理器就开始了正式工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作结束。首先，指令指针会通知 处理器，将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号（称为地址），可以根据这些地址把数据取出，通过地址总线送到控制单元中，指令译码器从指令寄存器IR中拿来指令，翻译成 处理器可以执行的形式，然后决定完成该指令需要哪些必要的操作，它将告诉算术逻辑单元（ALU）什么时候计算，告诉指令读取器什么时候取数值，告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。

根据对指令类型的分析和特殊工作状态的需要，处理器设置了六种工作周期，分别用六个触发器来表示它们的状态，任一时刻只许一个触发器为1，表示处理器所处周期状态，即指令执行过程中的某个阶段。

1.取指周期（FC）

处理器在FC中完成取指所需要操作。每条指令都必须经历取指周期FC，在FC中完成的操作与指令操作码无关的公共操作。但FC结束后转向哪个周期则与本周期中取出的指令类型有关。

2.源周期（SC）

处理器在SC中完成取源操作数所需的操作。如指令需要源操作数，则进入SC。在SC中根据指令寄存器IR的源地址信息，形成源地址，读取源操作数。

3.目的周期（DC）

如果处理器需要获得目的操作数或形成目的地址，则进DC。在DC中根据IR中的目的地址信息进行相应操作。

4.执行周期（EC）

处理器在取得操作数后，则进入EC，这也是第条指令都经历的最后一个工作阶段。在EC中将依据IR中的操作码执行相应操作，如传递、算术运算、逻辑运算、形成转移地址等。

5.中断响应周期（IC）

处理器除了考虑指令正常执行，还应考虑对外部中断请的处理。处理器在向应中断请求后，进入中断响应周期IC。在IC中将直接依靠硬件进行保存断点、关中断、转中断服务程序入口等操作，IC结束转入取指周期，开始执行中断服务程序。

6.DMA传送周期（DMAC）

处理器响应DMA（直接存储器存取）请求后，进入DMAC中，处理器交出系统总线的控制权，由DMA（直接存储器存取）控制器控制系统总线，实现主存与外围设备之间的数据直接传送。因此对 处理器来说，DMAC是一个空操作周期。

处理器控制流程，描述了工作周期状态变化情况：

为了简化控制逻辑，限制在一条指令结束是判断有无DMA（直接存储器存取）请求，若有请求，将插入DMAC；如果在一个DMAC结束前又提出新的DMA请求，则连续安排若干DMA传送周期。

如果没有DMA（直接存储器存取）请求，则继续判断有无中断请求，若有则进入IC。在IC中完成需的操作后向新的FC，这表明进入中断服务程序。

B. 台基股份是什么公司

台基股份：公司是国内大功率半导体器件领域为数不多的掌握前道(扩散)技术、中道(芯片制成)技术、后道(封装测试)技术，并掌握大功率半导体器件设计、制造核心技术并形成规模化生产的企业。

拓展资料：
芯片股有以下公司
兆易创新(71.650, 2.65, 3.84%)：国产存储龙头
作为国产存储龙头，兆易创新位列全球Nor flash市场前三位，且随着日美公司的退出，市场份额不断提高；存储价格不断高涨，公司的盈利能力亮眼。
公司打造IDM存储产业链。2017年10月，公司和合肥市产业投资控股（集团）有限公司签署了存储器研发相关合作协议，合作开展工艺制程19nm存储器的12英寸晶圆存储器（含DRAM 等）研发项目，即合肥长鑫，目前研发进展顺利。
江丰电子(42.220, 0.77, 1.86%)：国产靶材龙头
超高纯金属及溅射靶材是生产超大规模集成电路的关键材料之一，公司的超高纯金属溅射靶材产品已应用于世界着名半导体厂商的最先端制造工艺，在16 纳米技术节点实现批量供货，成功打破美、日跨国公司的垄断格局，同时还满足了国内厂商28 纳米技术节点的量产需求，填补了我国电子材料行业的空白。
公司与美国嘉柏合作CMP项目，并已于2017年11月获得第一张国产CMP研磨垫的订单。
北方华创(40.410, 1.18, 3.01%)：国产设备龙头
北方华创作为设备龙头，深度受益本轮晶圆厂扩建大潮，公司业务涵盖集成电路、LED、光伏等多个领域，多项设备进入14纳米制程。
公司产品线覆盖刻蚀机、PVD、CVD、氧化炉、清洗机、扩散炉、MFC等七大核心品类，下游客户以中芯国际、长江存储、华力微电子等国内一线晶圆厂为主。
紫光国芯(34.190, -2.11, -5.81%)：存储设计+ FPGA
公司是国内的存储芯片设计龙头，公司的布局包括收购山东华芯持有的西安华芯51%股权，合计持股增至76%，实现跻身国内存储器设计第一梯队的目标。目前，公司新开发的DDR4产品正在验证优化中。公司近期开始发力FPGA。
高德红外(13.940, -0.15, -1.06%)：红外芯片龙头
作为国内唯一掌握二类超晶格焦平面探测器技术的厂商，高德红外已研制成功工程化产品，意味着在光电“反导”、“反卫”等空白领域实现新的突破。同时，大批量、低成本核心器件的民用领域推广、应用，也奠定了中国制造红外芯片在国内乃至国际上红外行业的竞争地位。

C. CPU是怎么设计的内部晶体管是怎么画的

记得早前的报道，Intel的研发团队应该是一两千人吧，按照现在Intel的产品推出周期，大约每年更新一代产品，根据Tick-Tock模式，大约每两到三年更新一次核心。
CPU设计是有软件辅助的，而且现在的CPU集成大容量缓存，存储器这部分晶体管都是一样的，不用一个一个设计，实际需要设计的部分没有十几亿个。出错是肯定会有的，设计的时候可以通过软件检测，模拟运行，也有带着BUG上市的CPU，不过现在计算机运行的时候也是容错的，允许出现错误，要求100%正确的还可以通过编程解决。还有CPU也是分批生产的，叫“步进”，发现的BUG会在后期产品中得到修复。

D. 集成电路刻蚀溶液是什么化学品

湿法刻蚀
这是传统的刻蚀方法。把硅片浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。例如,用一种含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜，用磷酸刻蚀铝薄膜等。这种在液态环境中进行刻蚀的工艺称为“湿法”工艺，其优点是操作简便、对设备要求低、易于实现大批量生产，并且刻蚀的选择性也好。但是，化学反应的各向异性较差，横向钻蚀使所得的刻蚀剖面呈圆弧形（见图）。这不仅使图形剖面发生变化，而且当稍有过刻蚀时剖面会产生如图中的虚线，致使薄膜上图形的线宽比原抗蚀剂膜上形成的线宽小2墹x,并且墹x随过刻蚀时间迅速增大。这使精确控制图形变得困难。湿法刻蚀的另一问题，是抗蚀剂在溶液中，特别在较高温度的溶液中易受破坏而使掩蔽失效，因而对于那些只能在这种条件下刻蚀的薄膜必须采用更为复杂的掩蔽方案。
对于采用微米级和亚微米量级线宽的超大规模集成电路，刻蚀方法必须具有较高的各向异性特性，才能保证图形的精度，但湿法刻蚀不能满足这一要求。

干法刻蚀
70年代末研究出一系列所谓干法刻蚀工艺。干法刻蚀有离子铣刻蚀、等离子刻蚀和反应离子刻蚀三种主要方法。
①离子铣刻蚀：低气压下惰性气体辉光放电所产生的离子加速后入射到薄膜表面，裸露的薄膜被溅射而除去。由于刻蚀是纯物理作用，各向异性程度很高，可以得到分辨率优于 1微米的线条。这种方法已在磁泡存储器、表面波器件和集成光学器件等制造中得到应用。但是，这种方法的刻蚀选择性极差，须采用专门的刻蚀终点监测技术，而且刻蚀速率也较低。
②等离子刻蚀：利用气压为10～1000帕的特定气体（或混合气体）的辉光放电，产生能与薄膜发生离子化学反应的分子或分子基团，生成的反应产物是挥发性的。它在低气压的真空室中被抽走，从而实现刻蚀。通过选择和控制放电气体的成分，可以得到较好的刻蚀选择性和较高的刻蚀速率，但刻蚀精度不高，一般仅用于大于4～5微米线条的工艺中。
③反应离子刻蚀：这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用。辉光放电在零点几到几十帕的低真空下进行。硅片处于阴极电位，放电时的电位大部分降落在阴极附近。大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速，垂直入射到硅片表面上,以较大的动量进行物理刻蚀,同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应，产生化学刻蚀作用。选择合适的气体组分，不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度，还可以使活性基团的寿命短，这就有效地抑制了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成的侧向反应，大大提高了刻蚀的各向异性特性。反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中很有发展前景的一种刻蚀方法。
现代化的干法刻蚀设备包括复杂的机械、电气和真空装置，同时配有自动化的刻蚀终点检测和控制装置。因此这种工艺的设备投资是昂贵的。

E. 相对于湿法蚀刻，干法蚀刻的最大优点在于什么

基本工艺要求 理想的刻蚀工艺必须具有以下特点：①各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。这样才能保证精确地在被刻蚀的薄膜上复制出与抗蚀剂上完全一致的几何图形；②良好的刻蚀选择性，即对作为掩模的抗蚀剂和处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多，以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性，不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料；③加工批量大，控制容易，成本低，对环境污染少，适用于工业生产。
湿法刻蚀 这是传统的刻蚀方法。把硅片浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去 例如,用一种含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜，用磷酸刻蚀铝薄膜等。这种在液态环境中进行刻蚀的工艺称为“湿法”工艺，其优点是操作简便、对设备要求低、易于实现大批量生产，并且刻蚀的选择性也好。但是，化学反应的各向异性较差，横向钻蚀使所得的刻蚀剖面呈圆弧形（见图 ）。这不仅使图形剖面发生变化，而且当稍有过刻蚀时剖面会产生如图 中的虚线，致使薄膜上图形的线宽比原抗蚀剂膜上形成的线宽小2 ,并且 随过刻蚀时间迅速增大。这使精确控制图形变得困难。湿法刻蚀的另一问题，是抗蚀剂在溶液中，特别在较高温度的溶液中易受破坏而使掩蔽失效，因而对于那些只能在这种条件下刻蚀的薄膜必须采用更为复杂的掩蔽方案。
对于采用微米级和亚微米量级线宽的超大规模集成电路，刻蚀方法必须具有较高的各向异性特性，才能保证图形的精度，但湿法刻蚀不能满足这一要求。
干法刻蚀 70年代末研究出一系列所谓干法刻蚀工艺。干法刻蚀有离子铣刻蚀、等离子刻蚀和反应离子刻蚀三种主要方法。
① 离子铣刻蚀：低气压下惰性气体辉光放电所产生的离子加速后入射到薄膜表面，裸露的薄膜被溅射而除去。由于刻蚀是纯物理作用，各向异性程度很高，可以得到分辨率优于 1微米的线条。这种方法已在磁泡存储器、表面波器件和集成光学器件等制造中得到应用。但是，这种方法的刻蚀选择性极差，须采用专门的刻蚀终点监测技术，而且刻蚀速率也较低。
② 等离子刻蚀：利用气压为10～1000帕的特定气体（或混合气体）的辉光放电，产生能与薄膜发生离子化学反应的分子或分子基团，生成的反应产物是挥发性的。它在低气压的真空室中被抽走，从而实现刻蚀。通过选择和控制放电气体的成分，可以得到较好的刻蚀选择性和较高的刻蚀速率，但刻蚀精度不高，一般仅用于大于4～5微米线条的工艺中。
③ 反应离子刻蚀：这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用。辉光放电在零点几到几十帕的低真空下进行。硅片处于阴极电位，放电时的电位大部分降落在阴极附近。大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速，垂直入射到硅片表面上,以较大的动量进行物理刻蚀,同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应，产生化学刻蚀作用。选择合适的气体组分，不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度，还可以使活性基团的寿命短，这就有效地抑制了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成的侧向反应，大大提高了刻蚀的各向异性特性。反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中很有发展前景的一种刻蚀方法。
现代化的干法刻蚀设备包括复杂的机械、电气和真空装置，同时配有自动化的刻蚀终点检测和控制装置。因此这种工艺的设备投资是昂贵的。

F. 集成电路是怎样制造出来

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150μm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。

资料来源：COB邦定技术(http://www.bonding-cob.com/index.asp)

G. 电脑的cpu是怎么制作的

1、硅提纯

生产CPU等芯片的材料是半导体，主要的材料为硅Si，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。

2、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的制造。

切割晶圆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CPU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CPU成品就越多。

3、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CPU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也受到光的干扰，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。

4、蚀刻(Etching)

蚀刻使用的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，CPU的门电路就完成了。

5、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的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。

Intel的Pentium 4处理器有7层，而AMD的Athlon 64则达到了9层。层数决定于设计时CPU的布局，以及通过的电流大小。

6、封装

这时的CPU为一块块晶圆，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CPU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。

7、多次测试

测试为一个CPU制造的重要环节，也是一块CPU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）。接下来，晶圆上的每个CPU核心都将被分开测试。

由于SRAM（静态随机存储器，CPU中缓存的基本组成）结构复杂、密度高，所以缓存是CPU中容易出问题的部分，对缓存的测试也是CPU测试中的重要部分。

每块CPU将被进行完全测试，以检验其全部功能。某些CPU能够在较高的频率下运行，所以被标上了较高的频率；而有些CPU因为种种原因运行频率较低，所以被标上了较低的频率。

最后，个别CPU可能存在某些功能上的缺陷，如果问题出在缓存上，制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存，这意味着这块CPU依然能够出售，只是它可能是Celeron等低端产品。

当CPU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。根据前面确定的最高运行频率和缓存的不同，它们被放进不同的包装，销往世界各地。

(7)存储器刻蚀扩展阅读

CPU控制技术的主要形式

1、选择控制。集中处理模式的操作，是建立在具体程序指令的基础上实施，以此满足计算机使用者的需求，CPU 在操作过程中可以根据实际情况进行选择，满足用户的数据流程需求。 指令控制技术发挥的重要作用。根据用户的需求来拟定运算方式，使数据指令动作的有序制定得到良好维持。

CPU在执行当中，程序各指令的实施是按照顺利完成，只有使其遵循一定顺序，才能保证计算机使用效果。CPU 主要是展开数据集自动化处理，其 是实现集中控制的关键，其核心就是指令控制操作。

2、插入控制。CPU 对于操作控制信号的产生，主要是通过指令的功能来实现的，通过将指令发给相应部件，达到控制这些部件的目的。实现一条指令功能，主要是通过计算机中的部件执行一序列的操作来完成。较多的小控制元件是构建集中处理模式的关键，目的是为了更好的完成CPU数据处理操作。

3、时间控制。将时间定时应用于各种操作中，就是所谓的时间控制。在执行某一指令时，应当在规定的时间内完成，CPU的指令是从高速缓冲存储器或存储器中取出，之后再进行指令译码操作，主要是在指令寄存器中实施，在这个过程中，需要注意严格控制程序时间。