Danas, uz kontinuirano poboljšanje procesa proizvodnje čipa, u čipu može biti više od 10 milijardi tranzistora. Kako je instalirano toliko tranzistora?
1
Kada se čip stalno povećava, unutra izgleda kao ogroman grad.
Ovo je SEM fotografija odozgo prema dolje. Možete jasno vidjeti slojevitu strukturu unutar CPU-a. Širina linije postaje sve uža kako se spuštate, bliže sloju uređaja.
Ovo je presjek CPU-a. Možete jasno vidjeti slojevitu CPU strukturu. Čip je raspoređen u slojevima. Ovaj CPU ima oko 10 slojeva. Najniži sloj je sloj uređaja, koji je MOSFET tranzistor.
Kada se Mos cijev uveća u čipu, može se vidjeti trodimenzionalna struktura poput "podijuma". Tranzistor nema induktivnost, otpornost ili druge uređaje koji su skloni stvaranju topline. Gornji sloj je elektroda niskog otpora, koja je od donje platforme odvojena izolatorom. Općenito koristi polisilicijum P-tipa ili N-tipa kao sirovinu za kapiju, a izolator ispod je silicijum dioksid.
Dvije strane platforme su izvor i odvod dodavanjem nečistoća, a njihove pozicije se mogu mijenjati. Udaljenost između njih je kanal, a to je rastojanje koje određuje karakteristike čipa.
Naravno, tranzistori u čipu nisu samo Mos cijevi, već i tranzistori s tri kapije. Tranzistori se ne postavljaju, već se graviraju tokom proizvodnje čipa.
Prilikom dizajniranja čipa, dizajner čipa će koristiti EDA alate za planiranje rasporeda čipa, a zatim rutu i rutu.
Ako zumiramo dizajnirano kolo kapije, bijele tačke su supstrat, a neke zelene ivice su dopirani slojevi.
Livnica vafla je proizvedena prema fizičkom rasporedu dizajniranom od strane dizajnera čipova.
Postoje dva trenda u proizvodnji čipova. Jedna je da oblatne postaju sve veće i veće, tako da se više čipsa može izrezati radi uštede efikasnosti. Drugi je proces proizvodnje čipova. Koncept proizvodnog procesa je zapravo veličina kapije, koja se može nazvati i U tranzistorskoj strukturi struja teče od izvora do odvoda, a kapija (Gate) je ekvivalentna kapiji, koja je uglavnom odgovorna za kontrolisanje uključivanja-isključivanja izvora i odvoda na oba kraja.
Struja će se izgubiti, a širina gejta određuje gubitak kada struja prođe, što se manifestuje u zajedničkoj proizvodnji toplote i potrošnji energije mobilnih telefona. Što je širina uža, to je manja potrošnja energije. Minimalna širina (dužina kapije) kapije je proizvodni proces.
Svrha skupljanja nanometarskog procesa je da se više tranzistora spakuje u manji čip, tako da čip neće postati veći zbog tehnološkog poboljšanja.
Ali ako učinimo kapiju manjim, što će struja brže teći između izvora i odvoda, to će proces biti teži.
Proces proizvodnje čipova podijeljen je u sedam glavnih proizvodnih područja, a to su difuzija, fotolitografija, jetkanje, ionska implantacija, rast filma, poliranje i metalizacija. Fotolitografija i graviranje su dva osnovna koraka.
Tranzistori su gravirani litografijom i graviranjem, a litografija je da napravi kola i funkcionalna područja potrebna za proizvodnju čipova.
Svjetlost koju emituje fotolitografska mašina koristi se za izlaganje lima obloženog fotorezistom kroz fotomasku sa uzorkom. Uloga grafa.
Ovo je uloga litografije, slična slikanju fotoaparatom. Fotografija snimljena kamerom štampa se na negativu, a litografija ne štampa fotografiju, već dijagram kola i druge elektronske komponente.
Jetkanje je proces selektivnog uklanjanja neželjenog materijala s površine silikonske pločice korištenjem kemijskih ili fizičkih metoda. U uobičajenom toku obrade pločica, proces jetkanja se nalazi nakon procesa fotolitografije, a uzorkovani fotootporni sloj neće biti značajno erodiran izvorom korozije tokom jetkanja, kako bi se završio procesni korak prijenosa uzorka. Proces graviranja je ključni korak u repliciranju uzoraka maske.
slika
Među njima, materijal koji je uključen je fotorezist. Moramo znati da se dizajn kola prvo ispisuje na fotomasku laserom, a zatim se izvor svjetlosti zrači kroz masku na površinu silikonske pločice sa fotorezistom, uzrokujući područje ekspozicije. Fotorezist ima hemijski efekat, a zatim Izloženo ili neeksponirano područje se otapa i uklanja razvojnom tehnologijom, tako da se uzorak kola na maski prenosi na fotorezist, a na kraju se uzorak prenosi na silikonsku pločicu tehnologijom jetkanja.
Fotolitografija se dijeli na dva osnovna procesa, pozitivnu fotolitografiju i negativnu fotolitografiju, prema razlici između pozitivne i negativne fotolitografije. U pozitivnoj fotolitografiji, struktura eksponiranog dijela pozitivnog rezista je uništena i isprana otapalom, tako da je šara na fotorezistu ista kao i šara na maski.
Suprotno tome, u litografiji negativnih tonova, izloženi dio negativnog otpornika se stvrdne i postaje netopiv, a dio maske se ispere otapalom, čineći uzorak na fotorezistu suprotnim uzorku na maski.
Možemo jednostavno objasniti ovaj korak sa mikro nivoa.
Na pločicu (ili silicijumsku pločicu) obloženu fotorezistom prekriva se unapred izrađena fotorezist ploča, a zatim se oblata zrači ultraljubičastim zracima određeno vreme kroz fotorezist ploču. Princip je korištenje ultraljubičastih zraka za degradaciju dijela fotorezista i olakšavanje korozije.
Otapanje fotorezista: fotorezist izložen ultraljubičastom svjetlu u procesu fotolitografije se rastvara, a uzorak koji je ostao nakon uklanjanja je u skladu s onim na maski.
"Jetkanje" znači da se nakon fotolitografije oštećeni dio fotorezista (pozitivnog otpora) ugravira rastvorom za jetkanje, a na površini pločice se vidi uzorak poluvodičkog uređaja i njegov spoj. Zatim upotrijebite drugo rješenje za jetkanje da biste nagrizali pločicu kako biste formirali poluvodičke uređaje i njihova kola.
Uklanjanje fotorezista: Nakon što je nagrizanje završeno, misija fotorezista se proglašava završenom, a dizajnirani uzorak kola može se vidjeti nakon uklanjanja.
Više od 10 milijardi tranzistora je isklesano na ovaj način, a tranzistori se koriste u širokom spektru digitalnih i analognih funkcija, uključujući pojačanje, prebacivanje, regulaciju napona, modulaciju signala i oscilatore.
Više tranzistora može povećati računarsku efikasnost procesora; štoviše, smanjenjem veličine može se smanjiti i potrošnja energije; konačno, nakon što se čip smanji u veličini, lakše ga je priključiti na mobilni uređaj kako bi se zadovoljile potrebe budućeg stanjivanja i posvjetljivanja.
Image Poprečni presjek tranzistora čipa
Nakon 3nm, trenutni tranzistori više nisu prikladni, a industrija poluprovodnika trenutno razvija nanolistove FET-ove (GAA FET) i nanožične FET-ove (MBCFET-ove), koji se smatraju načinom naprijed za današnje finFET-ove.
Samsung se kladi na GAA gate-around tranzistorsku tehnologiju, koju TSMC tek treba da objavi konkretne detalje procesa. Samsung je prvi put najavio GAA surround gate tranzistor 2019. Prema službenoj izjavi kompanije Samsung, na osnovu nove GAA tranzistorske strukture, Samsung je proizveo MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, multi-bridge-channel field effect tranzistor) koristeći nanosheet uređaje. ), koji može značajno poboljšati performanse tranzistora i zamijeniti FinFET tranzistorsku tehnologiju.
slika
Osim toga, MBCFET tehnologija je također kompatibilna sa postojećom FinFET proizvodnom tehnologijom i opremom, čime se ubrzava razvoj procesa i proizvodnja.
2
