U današnje vrijeme, uz kontinuirano poboljšanje procesa proizvodnje čipova, u čipu može biti više od 10 milijardi tranzistora. Kako je ugrađeno toliko tranzistora?
1
Kada se čip neprestano povećava, unutra izgleda kao ogroman grad.
Ovo je SEM fotografija s pogledom odozgo prema dolje. Možete jasno vidjeti slojevitu strukturu unutar CPU-a. Širina linije postaje uža kako se spuštate prema dolje, bliže sloju uređaja.
Ovo je pogled na presjek CPU-a. Možete jasno vidjeti slojevitu CPU strukturu. Iver je raspoređen u slojeve. Ovaj CPU ima oko 10 slojeva. Najniži sloj je sloj uređaja, a to je MOSFET tranzistor.
Kada se Mos cijev poveća u čipu, može se vidjeti trodimenzionalna struktura poput "podija". Tranzistor nema induktivitet, otpor niti druge uređaje koji su skloni stvaranju topline. Gornji sloj je elektroda niskog otpora, koja je od donje platforme odvojena izolatorom. Općenito koristi polisilicij P-tipa ili N-tipa kao sirovinu za vrata, a izolator ispod je silicijev dioksid.
Dvije strane platforme su izvor i odvod dodavanjem nečistoća, a njihovi se položaji mogu mijenjati. Udaljenost između njih je kanal, a ta udaljenost određuje karakteristike čipa.
Naravno, tranzistori u čipu nisu samo Mos cijevi, već i tranzistori s tri vrata. Tranzistori nisu instalirani, već su ugravirani tijekom proizvodnje čipa.
Prilikom dizajniranja čipa, dizajner čipa koristit će EDA alate za planiranje izgleda čipa, a zatim usmjeravati i usmjeravati.
Ako zumiramo projektirani krug vrata, bijele točkice su podloga, a neke zelene granice su dopirani slojevi.
Ljevaonica pločica proizvodi se prema fizičkom rasporedu koji je dizajnirao dizajner čipova.
Dva su trenda u proizvodnji čipova. Jedan je da vafli postaju sve veći i veći, tako da se može izrezati više čipova kako bi se uštedjela učinkovitost. Drugi je proces proizvodnje čipa. Koncept proizvodnog procesa zapravo je veličina vrata, koja se također može nazvati. U strukturi tranzistora struja teče od izvora do odvoda, a vrata (vrata) su ekvivalentna vratima, koja su uglavnom odgovorna za kontrolirajući uključivanje/isključivanje izvora i odvod na oba kraja.
Struja će se izgubiti, a širina vrata određuje gubitak kada struja prođe, što se očituje u zajedničkom stvaranju topline i potrošnji energije mobilnih telefona. Što je širina uža, to je manja potrošnja energije. Minimalna širina (duljina vrata) vrata je proizvodni proces.
Svrha smanjivanja nanometarskog procesa je pakiranje više tranzistora u manji čip, kako se čip ne bi povećao zbog tehnološkog poboljšanja.
Ali ako vrata učinimo 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 jetkanje su dva ključna koraka.
Tranzistori se graviraju litografijom i jetkanjem, a litografija je za izradu sklopova i funkcionalnih područja potrebnih za proizvodnju čipova.
Svjetlost koju emitira fotolitografski stroj koristi se za izlaganje ploče obložene fotorezistom kroz fotomasku s uzorkom. Uloga grafa.
To je uloga litografije, slična slikanju fotoaparatom. Fotografija snimljena kamerom ispisuje se na negativu, a litografija ne ispisuje fotografiju, već shemu strujnog kruga i ostale elektroničke komponente.
Jetkanje je postupak selektivnog uklanjanja neželjenog materijala s površine silicijske pločice pomoću kemijskih ili fizičkih metoda. U uobičajenom tijeku obrade pločica, proces jetkanja nalazi se nakon procesa fotolitografije, a sloj fotootpornog uzorka neće biti značajno erodiran od strane izvora korozije tijekom jetkanja, tako da se dovrši korak procesa prijenosa uzorka. Proces jetkanja ključni je korak u repliciranju uzoraka maske.
slika
Među njima, materijal koji je uključen je fotorezist. Moramo znati da je dizajn strujnog kruga najprije ispisan na fotomaski laserom, a zatim se izvor svjetlosti zrači kroz masku na površinu silicijske pločice s fotorezistom, uzrokujući područje izloženosti. Fotorezist ima kemijski učinak, a zatim eksponirano ili neeksponirano područje se otapa i uklanja razvojnom tehnologijom, tako da se uzorak kruga 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 pozitiv fotolitografiji, struktura izloženog dijela pozitiva je uništena i isprana otapalom, tako da je uzorak na fotorezistu isti kao uzorak na maski.
Nasuprot tome, u litografiji negativnih tonova, izloženi dio negativnog otpornog materijala otvrdne i postane netopiv, a dio maske ispere otapalo, čineći uzorak na fotootpornom sloju suprotnim od uzorka na maski.
Ovaj korak možemo jednostavno objasniti s mikrorazine.
Na pločicu (ili silicijsku pločicu) obloženu fotorezistom prekriva se prethodno napravljena ploča od fotorezista, a zatim se pločica kroz ploču od fotorezista određeno vrijeme zrači ultraljubičastim zrakama. Načelo je korištenje ultraljubičastih zraka za razgradnju dijela fotorezista i olakšavanje korozije.
Otapajući fotorezist: Fotorezist izložen ultraljubičastom svjetlu u procesu fotolitografije se otapa, a uzorak koji ostane nakon uklanjanja je u skladu s onim na maski.
"Jetkanje" znači da se nakon fotolitografije oštećeni dio fotorezista (pozitivni rezist) ugriza otopinom za jetkanje, a površina pločice prikazuje uzorak poluvodičkog uređaja i njegovu vezu. Zatim upotrijebite drugu otopinu za jetkanje za jetkanje ploče kako biste oblikovali poluvodičke elemente i njihove sklopove.
Uklanjanje fotootpornog materijala: Nakon što je jetkanje završeno, misija fotootpornog materijala se proglašava završenom, a dizajnirani uzorak strujnog kruga može se vidjeti nakon svih uklanjanja.
Više od 10 milijardi tranzistora isklesano je na ovaj način, a tranzistori se koriste u velikom broju digitalnih i analognih funkcija, uključujući pojačanje, prebacivanje, regulaciju napona, modulaciju signala i oscilatore.
Više tranzistora može povećati učinkovitost računanja procesora; štoviše, smanjenje veličine također može smanjiti potrošnju energije; konačno, nakon što se čip smanji u veličini, lakše ga je uključiti u mobilni uređaj kako bi se zadovoljile potrebe budućeg stanjivanja i posvjetljivanja.
Slika presjeka tranzistora čipa
Nakon 3nm, trenutni tranzistori više nisu prikladni, a industrija poluvodiča trenutno razvija nanosheet FET-ove (GAA FET-ove) i nanowire FET-ove (MBCFET-ove), koji se smatraju putem naprijed za današnje finFET-ove.
Samsung se kladi na GAA gate-around tranzistorsku tehnologiju, za koju TSMC tek treba objaviti konkretne detalje procesa. Samsung je prvi put najavio GAA surround gate tranzistor 2019. Prema Samsungovoj službenoj izjavi, na temelju nove strukture GAA tranzistora, Samsung je proizveo MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, višemostni kanalni tranzistor s efektom polja) korištenjem nanosheet uređaja. ), koji može značajno poboljšati performanse tranzistora i zamijeniti FinFET tranzistorsku tehnologiju.
slika
Osim toga, MBCFET tehnologija također je kompatibilna s postojećom tehnologijom i opremom FinFET proizvodnog procesa, čime se ubrzava razvoj procesa i proizvodnja.
2
