Obecnie, przy ciągłym doskonaleniu procesu produkcji chipów, w chipie może znajdować się ponad 10 miliardów tranzystorów. Jak zainstalowano tyle tranzystorów?
1
Kiedy chip jest stale powiększany, wygląda jak ogromne miasto w środku.
To jest zdjęcie SEM z widokiem z góry. Możesz wyraźnie zobaczyć warstwową strukturę wewnątrz procesora. Szerokość linii staje się węższa w miarę schodzenia w dół, bliżej warstwy urządzenia.
To jest widok przekroju procesora. Wyraźnie widać warstwową strukturę procesora. Chip jest ułożony warstwami. Ten procesor ma około 10 warstw. Najniższą warstwą jest warstwa urządzenia, którą jest tranzystor MOSFET.
Kiedy rura Mos jest powiększona w chipie, można zobaczyć trójwymiarową strukturę przypominającą „podium”. Tranzystor nie ma indukcyjności, rezystancji ani innych urządzeń, które są podatne na wytwarzanie ciepła. Górna warstwa to elektroda o niskiej rezystancji, która jest oddzielona od platformy poniżej izolatorem. Zasadniczo wykorzystuje polikrzem typu P lub typu N jako surowiec do bramki, a izolator poniżej to dwutlenek krzemu.
Dwie strony platformy są źródłem i odpływem poprzez dodawanie zanieczyszczeń, a ich pozycje można zamieniać. Odległość między nimi to kanał i to właśnie ta odległość określa charakterystykę chipa.
Oczywiście tranzystory w chipie to nie tylko lampy Mos, ale także tranzystory trójbramkowe. Tranzystory nie są instalowane, ale grawerowane podczas produkcji chipa.
Projektując chip, projektant chipa użyje narzędzi EDA do zaplanowania układu chipa, a następnie trasy i trasy.
Jeśli powiększymy zaprojektowany obwód bramki, białe kropki to podłoże, a niektóre zielone obwódki to warstwy domieszkowane.
Odlewnia płytek jest produkowana zgodnie z fizycznym układem zaprojektowanym przez projektanta chipów.
Istnieją dwa trendy w produkcji chipów. Jednym z nich jest to, że płytki stają się coraz większe, dzięki czemu można wyciąć więcej żetonów, aby zaoszczędzić wydajność. Drugi to proces produkcji chipów. Koncepcją procesu produkcyjnego jest właściwie wielkość bramki, którą można również nazwać W strukturze tranzystora prąd płynie od źródła do drenu, a bramka (bramka) jest odpowiednikiem bramki, która odpowiada głównie za kontrolowanie włączania i wyłączania źródła i drenażu na obu końcach.
Prąd zostanie utracony, a szerokość bramki określa stratę podczas przepływu prądu, co przejawia się w powszechnym wytwarzaniu ciepła i poborze mocy telefonów komórkowych. Im węższa szerokość, tym mniejsze zużycie energii. Minimalna szerokość (długość bramy) bramy wynika z procesu produkcyjnego.
Celem procesu zmniejszania nanometrów jest upakowanie większej liczby tranzystorów w mniejszym chipie, tak aby chip nie powiększył się w wyniku ulepszeń technologicznych.
Ale jeśli zmniejszymy bramkę, im szybciej prąd będzie płynął między źródłem a drenem, tym proces będzie trudniejszy.
Proces produkcji chipów jest podzielony na siedem głównych obszarów produkcyjnych, którymi są dyfuzja, fotolitografia, trawienie, implantacja jonów, wzrost filmu, polerowanie i metalizacja. Fotolitografia i trawienie to dwa podstawowe etapy.
Tranzystory są grawerowane przez litografię i trawienie, a litografia ma na celu wykonanie obwodów i obszarów funkcjonalnych wymaganych do produkcji chipów.
Światło emitowane przez maszynę fotolitograficzną służy do naświetlania arkusza pokrytego fotorezystem przez fotomaskę ze wzorem. Rola wykresu.
Taką rolę pełni litografia, podobnie jak robienie zdjęć aparatem fotograficznym. Zdjęcie wykonane aparatem jest drukowane na negatywie, a litografia nie drukuje zdjęcia, ale schemat obwodu i inne elementy elektroniczne.
Trawienie to proces selektywnego usuwania niepożądanego materiału z powierzchni płytki krzemowej metodami chemicznymi lub fizycznymi. W zwykłym przepływie przetwarzania płytek proces trawienia znajduje się po procesie fotolitografii, a wzorzysta warstwa fotorezystu nie zostanie znacząco erodowana przez źródło korozji podczas trawienia, tak aby zakończyć etap procesu przenoszenia wzoru. Proces wytrawiania jest kluczowym krokiem w replikacji wzorów masek.
zdjęcie
Wśród nich zastosowanym materiałem jest fotorezyst. Musimy wiedzieć, że projekt obwodu jest najpierw zapisywany na fotomasce laserem, a następnie źródło światła jest naświetlane przez maskę na powierzchnię płytki krzemowej z fotorezystem, powodując obszar naświetlania Fotorezystu ma efekt chemiczny, a następnie odsłonięty lub nienaświetlony obszar jest rozpuszczany i usuwany przez rozwijającą się technologię, dzięki czemu wzór obwodu na masce jest przenoszony na fotorezyst, a ostatecznie wzór jest przenoszony na płytkę krzemową za pomocą technologii wytrawiania.
Fotolitografia dzieli się na dwa podstawowe procesy, fotolitografię pozytywową i fotolitografię negatywową, zgodnie z różnicą między fotolitografią pozytywową i negatywową. W fotolitografii pozytywowej struktura naświetlonej części pozytywu jest niszczona i wypłukiwana przez rozpuszczalnik, dzięki czemu wzór na fotorezyście jest taki sam jak wzór na masce.
I odwrotnie, w litografii z tonem negatywowym odsłonięta część negatywu twardnieje i staje się nierozpuszczalna, a część maski jest zmywana przez rozpuszczalnik, przez co wzór na fotorezyście jest przeciwny do wzoru na masce.
Możemy po prostu wyjaśnić ten krok z poziomu mikro.
Gotową płytkę fotorezystu nakłada się na płytkę (lub płytkę krzemową) pokrytą fotorezystem, a następnie płytkę naświetla się promieniami ultrafioletowymi przez określony czas przez płytkę fotorezystu. Zasada polega na wykorzystaniu promieni ultrafioletowych do degradacji części fotorezystu i ułatwienia korozji.
Rozpuszczanie fotorezystu: Fotorezyst wystawiony na działanie światła ultrafioletowego w procesie fotolitografii ulega rozpuszczeniu, a wzór pozostały po usunięciu jest zgodny z tym na masce.
„Wytrawianie” oznacza, że po fotolitografii zniszczona część fotorezystu (rezystu pozytywowego) jest wytrawiana roztworem trawiącym, a powierzchnia płytki pokazuje wzór urządzenia półprzewodnikowego i jego połączenia. Następnie użyj innego roztworu do wytrawiania, aby wytrawić płytkę, aby utworzyć urządzenia półprzewodnikowe i ich obwody.
Usunięcie fotorezystu: Po zakończeniu wytrawiania misja fotorezystu zostaje uznana za zakończoną, a po usunięciu można zobaczyć zaprojektowany wzór obwodu.
W ten sposób wyrzeźbiono ponad 10 miliardów tranzystorów, a tranzystory są używane w wielu różnych funkcjach cyfrowych i analogowych, w tym we wzmacnianiu, przełączaniu, regulacji napięcia, modulacji sygnału i oscylatorach.
Więcej tranzystorów może zwiększyć wydajność obliczeniową procesora; ponadto zmniejszenie rozmiaru może również zmniejszyć zużycie energii; wreszcie, po zmniejszeniu rozmiaru chipa, łatwiej jest go podłączyć do urządzenia mobilnego, aby sprostać potrzebom przyszłego przerzedzania i rozjaśniania.
Przekrój poprzeczny tranzystora chipowego obrazu
Po 3 nm obecne tranzystory nie są już odpowiednie, a przemysł półprzewodnikowy opracowuje obecnie nanocząstkowe FET (GAA FET) i nanoprzewodowe FET (MBCFET), które są uważane za drogę naprzód dla dzisiejszych finFET.
Samsung stawia na technologię tranzystorów typu gate-around GAA, której TSMC nie ujawniło jeszcze konkretnych szczegółów procesu. Samsung po raz pierwszy zapowiedział tranzystor z bramką przestrzenną GAA w 2019 roku. Zgodnie z oficjalnym oświadczeniem Samsunga, opartym na nowej strukturze tranzystora GAA, Samsung wyprodukował MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, wielokanałowy tranzystor polowy) przy użyciu urządzeń nanosheet. ), co może znacznie poprawić wydajność tranzystora i zastąpić technologię tranzystorową FinFET.
zdjęcie
Ponadto technologia MBCFET jest również kompatybilna z istniejącą technologią i wyposażeniem procesu produkcyjnego FinFET, przyspieszając w ten sposób rozwój procesu i produkcję.
2
