모래부터 칩까지, CPU는 어떻게 만들어지나요?
1 실리콘 정제
2 웨이퍼 커팅
3 포토리소그래피
4 에칭
5 반복 및 레이어링
6 포장
7 여러 테스트
1 실리콘 정제
실리콘 정제 과정에서 원료 실리콘이 녹아서 거대한 석영 용광로에 넣으십시오. 이때, 종자결정을 로에 투입하여 거의 완벽한 단결정 실리콘이 형성될 때까지 종자결정 주위에 실리콘 결정이 성장하도록 한다. 과거 실리콘 잉곳의 직경은 대부분 200mm였지만, CPU 제조사들은 300mm 웨이퍼 생산량을 늘리고 있다.
2 웨이퍼 절단
실리콘 잉곳을 만들어 완벽한 원통형으로 만든 다음 웨이퍼라고 불리는 시트로 절단합니다. 웨이퍼는 실제로 CPU 제조에 사용됩니다. 소위 "커팅 웨이퍼"는 기계를 사용하여 단결정 실리콘 막대에서 미리 정해진 사양의 실리콘 웨이퍼를 절단하고 이를 여러 개의 작은 영역으로 나누는 것으로, 각 영역은 CPU(다이)의 핵심이 됩니다. 일반적으로 웨이퍼를 얇게 자를수록 같은 양의 실리콘 소재로 더 완성된 CPU를 만들 수 있습니다.
3 포토리소그래피
열처리된 실리콘 산화막 위에 포토레지스트 소재를 코팅하고, 자외선을 통과시켜 CPU의 복잡한 회로 구조 패턴을 인쇄하는 방식이다. 실리콘 기판과 포토레지스트 재료는 자외선이 조사되는 곳에서 용해됩니다. 노출될 필요가 없는 부분이 빛에 의해 방해되는 것을 방지하기 위해 이러한 부분을 차단하는 마스크를 만들어야 합니다. 이는 상당히 복잡한 프로세스이며 각 마스크의 복잡성을 설명하려면 10GB의 데이터가 필요합니다.
4 에칭
이는 CPU 생산과정에서 중요한 작업이자 CPU 산업에서도 중요한 기술이다. 에칭 기술은 빛의 적용을 한계까지 밀어붙입니다. 에칭은 파장이 매우 짧고 렌즈가 큰 자외선을 사용합니다. 단파장 빛이 이 석영 마스크의 구멍을 통해 포토레지스트에 빛나서 이를 노출시킵니다. 다음으로 빛을 멈추고 마스크를 제거한 다음 특정 화학 용액을 사용하여 노출된 포토레지스트 필름과 레지스트 필름 바로 아래의 실리콘 층을 제거합니다. 그런 다음, 노출된 실리콘은 원자에 의해 충격을 받아 노출된 실리콘 기판이 국부적으로 도핑되도록 하여 이러한 영역의 전도성 상태를 변경하여 위에서 제작된 기판과 결합된 N-웰 또는 P-웰을 생성합니다. CPU가 완성되었습니다.
5 반복 및 적층
새로운 회로층을 처리하기 위해 산화규소를 다시 성장시킨 다음 폴리실리콘층을 증착하고 포토레지스트를 코팅한 후 복사 및 에칭 공정을 반복하여 폴리실리콘과 산화규소를 포함하는 트렌치 구조를 얻습니다. 여러번 반복하여 최종 CPU의 핵심인 3차원 구조를 형성합니다. 각 레이어의 회로 연결을 유지하려면 몇 개의 레이어마다 중간을 도체로 금속으로 채워야 합니다. 레이어 수는 설계 중 CPU 레이아웃과 CPU를 통과하는 전류량에 따라 달라집니다. 완전한 CPU 코어는 약 20개의 레이어로 구성됩니다.
6 패키징
이전 단계에서 처리된 CPU는 웨이퍼 조각이므로 사용자가 직접 사용할 수 없습니다. 회로 기판에 쉽게 장착할 수 있도록 세라믹 또는 플라스틱 인클로저에 밀봉해야 합니다. 패키지 구조는 다양하지만 CPU 패키지가 고급화될수록 더 복잡해집니다. 새로운 패키지는 종종 칩의 전기적 성능과 안정성을 향상시킬 수 있으며 기본 주파수를 높이기 위한 견고하고 안정적인 기반을 간접적으로 제공할 수 있습니다.
7가지 다중 테스트
테스트는 CPU 제조에 있어 중요한 부분이자 CPU가 공장에서 출고되기 전에 꼭 거쳐야 하는 테스트이기도 합니다. 이 단계에서는 웨이퍼의 전기적 특성을 테스트하여 문제가 있는지 확인하고 가능하다면 오류가 발생한 단계를 확인합니다. 다음으로 웨이퍼의 각 CPU 코어를 개별적으로 테스트합니다.
각 CPU는 완전한 테스트를 거쳐 전체 기능을 검증합니다. 일부 CPU는 더 높은 주파수에서 실행될 수 있으므로 더 높은 주파수로 표시되는 반면 일부 CPU는 다양한 이유로 더 낮은 주파수에서 실행되므로 더 낮은 주파수로 표시됩니다. 마지막으로, 개별 CPU에는 일부 기능적 결함이 있을 수 있습니다. 문제가 캐시에 있는 경우 제조업체는 여전히 캐시의 일부를 차단할 수 있습니다. 즉, 이 CPU는 여전히 판매될 수 있지만 셀러론과 같은 저가형 제품일 수 있습니다. .
CPU를 포장 상자에 넣기 전에 일반적으로 이전 작업이 정확한지 확인하기 위해 최종 테스트를 수행합니다. 이전에 결정된 최대 작동 빈도와 캐시에 따라 서로 다른 패키지에 담겨 전 세계에서 판매됩니다.