示例图片二

狗万官网晶圆制造工艺流程图生产制程与生产过

2019-09-01 14:42:31 狗万官网_狗万体育网站 已读

  可选中1个或多个下面的关键词,搜索相关资料。也可直接点“搜索资料”搜索整个问题。

  随着生产工艺的进步,CPU应该是越做越小?可为什么现在CPU好像尺寸并没有减少多少,那么是什么原因呢?实际上CPU厂商很希望把CPU的集成度进一步提高,同样也需要把CPU做得更小,但是因为现在的生产工艺还达不到这个要求。

  生产工艺这4个字到底包含些什么内容呢,这其中有多少高精尖技术的汇聚,CPU生产厂商是如何应对的呢?下文将根据上面CPU制造的7个步骤展开叙述,工厂生产管理流程让我们一起了解当今不断进步的CPU生产工艺。 硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。硅晶圆尺寸越大越好,因为这样每块晶圆能生产更多的芯片。比如,同样使用0.13微米的制程在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心,而使用300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心,300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍,出产的处理器个数却是后者的2.385倍,并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少,因此这种成倍的生产率提高显然是所有芯片生产商所喜欢的。

  然而,硅晶圆具有的一个特性却限制了生产商随意增加硅晶圆的尺寸,那就是在晶圆生产过程中,离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展,坏点数呈上升趋势,这样我们就无法随心所欲地增大晶圆尺寸。

  总的来说,一套特定的硅晶圆生产设备所能生产的硅晶圆尺寸是固定的,如果对原设备进行改造来生产新尺寸的硅晶圆的话,花费的资金是相当惊人的,这些费用几乎可以建造一个新的生产工厂。不过半导体生产商们也总是尽最大努力控制晶圆上坏点的数量,生产更大尺寸的晶圆,比如8086 CPU制造时最初所使用的晶圆尺寸是50mm,生产制程与生产过程生产Pentium 4时使用200mm的硅晶圆,而Intel新一代Pentium 4 Prescott则使用300mm尺寸硅晶圆生产。300mm晶圆被主要使用在90纳米以及65纳米的芯片制造上。 蚀刻尺寸是制造设备在一个硅晶圆上所能蚀刻的一个最小尺寸,是CPU核心制造的关键技术参数。在制造工艺相同时,晶体管越多处理器内核尺寸就越大,一块硅晶圆所能生产的芯片的数量就越少,每颗CPU的成本就要随之提高。反之,如果更先进的制造工艺,意味着所能蚀刻的尺寸越小,一块晶圆所能生产的芯片就越多,成本也就随之降低。比如8086的蚀刻尺寸为3μm,Pentium的蚀刻尺寸是0.90μm,而Pentium 4的蚀刻尺寸当前是0.09μm(90纳米)。目前Intel的300mm尺寸硅晶圆厂可以做到0.065μm(65纳米)的蚀刻尺寸。

  此外,每一款CPU在研发完毕时其内核架构就已经固定了,后期并不能对核心逻辑再作过大的修改。因此,随着频率的提升,它所产生的热量也随之提高,而更先进的蚀刻技术另一个重要优点就是可以减小晶体管间电阻,让CPU所需的电压降低,从而使驱动它们所需要的功率也大幅度减小。所以我们看到每一款新CPU核心,其电压较前一代产品都有相应降低,又由于很多因素的抵消,这种下降趋势并不明显。

  我们前面提到了蚀刻这个过程是由光完成的,所以用于蚀刻的光的波长就是该技术提升的关键。目前在CPU制造中主要是采用2489埃和1930埃(1埃=0.1纳米)波长的氪/氟紫外线埃的波长用在芯片的关键点上,主要应用于0.18微米和0.13微米制程中,而目前Intel是最新的90纳米制程则采用了波长更短的1930埃的氩/氟紫外线。

  以上两点就是CPU制造工艺中的两个因素决定,也是基础的生产工艺。这里有些问题要说明一下。Intel是全球制造技术最先进且拥有工厂最多的公司(Intel有10家以上的工厂做CPU),它掌握的技术也相当多,后面有详细叙述。AMD和Intel相比则是一家小公司,加上新工厂Fab36,它有3家左右的CPU制造工厂。同时AMD没有能力自己研发很多新技术,它主要是通过战略合作关系获取技术。

  在0.25微米制程上,AMD和Intel在技术上处于同一水平,不过在向0.18微米转移时落在了后面。在感觉无法独自赶上Intel之后,AMD和摩托罗拉建立了战略合作伙伴关系。摩托罗拉拥有很多先进的电子制造技术,用于Apple电脑PowerPC的芯片HiPerMOS7(HiP7)就是他们完成的;AMD在获得授权后一下子就拥有了很多新技术,其中部分技术甚至比Intel的0.13微米技术还要好。现在AMD选择了IBM来共同开发65纳米和45纳米制造技术。它选择的这些都是相当有前景的合作伙伴,特别是IBM,一直作为业界的技术领袖,它是第一个使用铜互连、第一个使用低K值介电物质、第一个使用SOI等技术的公司。AMD获得的大多数技术很先进,而且对生产设备的要求不高,生产成本控制的很低,这也是AMD的优势。

  图为AMD的新工厂Fab36中采用的APM 3.0 (Automated Precision Manufacturing)技术,可进一步实现制造的自动化,效率化。同时AMD还建造了自己的无尘实验室。 在前面的第5节“重复、分层”中,我们知道了不同CPU的内部互连层数是不同的。这和厂商的设计是有关的,但它也可以间接说明CPU制造工艺的水平。这种设计没有什么好说的了,Intel在这方面已经落后了,当他们在0.13微米制程上使用6层技术时,其他厂商已经使用7层技术了;而当Intel准备好使用7层时,IBM已经开始了8层技术;当Intel在Prescott中引人7层带有Low k绝缘层的铜连接时,AMD已经用上9层技术了。晶圆制造工艺流程图更多的互连层可以在生产上亿个晶体管的CPU(比如Prescott)时提供更高的灵活性。狗万体育网站

  我们知道当晶体管的尺寸不断减小而处理器上集成的晶体管又越来越多的时候,连接这些晶体管的金属线路就更加重要了。特别是金属线路的容量直接影响信息传送的速度。在90纳米制程上,Intel推出了新的绝缘含碳的二氧化硅来取代氟化硅酸盐玻璃,并同时表示这可以增加18%的内部互连效率。