Dandanes je lahko z nenehnim izboljševanjem procesa izdelave čipov v čipu več kot 10 milijard tranzistorjev. Kako je nameščenih toliko tranzistorjev?
1
Ko se čip neprestano povečuje, je v notranjosti videti kot ogromno mesto.
To je fotografija SEM s pogledom od zgoraj navzdol. Jasno lahko vidite večplastno strukturo znotraj procesorja. Širina črte postane ožja, ko se spuščate navzdol, bližje plasti naprave.
To je prečni prerez CPE. Jasno lahko vidite večplastno strukturo procesorja. Čip je razporejen po plasteh. Ta procesor ima približno 10 plasti. Najnižja plast je plast naprave, ki je MOSFET tranzistor.
Ko je Mosova cev povečana v čipu, je mogoče videti tridimenzionalno strukturo, kot je "podij". Tranzistor nima induktivnosti, upora ali drugih naprav, ki bi bile nagnjene k ustvarjanju toplote. Zgornja plast je elektroda z nizkim uporom, ki je od spodnje ploščadi ločena z izolatorjem. Na splošno uporablja polisilicij tipa P ali N kot surovino za vrata, spodnji izolator pa je silicijev dioksid.
Dve strani ploščadi sta vir in odtok z dodajanjem nečistoč, njuna položaja pa je mogoče zamenjati. Razdalja med obema je kanal in ta razdalja določa značilnosti čipa.
Seveda pa tranzistorji v čipu niso le elektronke Mos, ampak tudi tri-gate tranzistorji. Tranzistorji niso nameščeni, ampak vgravirani med izdelavo čipa.
Pri načrtovanju čipa bo oblikovalec čipov uporabil orodja EDA za načrtovanje postavitve čipa, nato pa pot in pot.
Če povečamo načrtovano vezje vrat, so bele pike podlaga, nekatere zelene obrobe pa dopirane plasti.
Livarna za rezine je izdelana v skladu s fizično postavitvijo, ki jo je oblikoval oblikovalec čipov.
Obstajata dva trenda v proizvodnji čipov. Eno je, da rezine postajajo vse večje in večje, tako da je mogoče izrezati več čipov za varčevanje z učinkovitostjo. Drugi je proces izdelave čipov. Koncept proizvodnega procesa je pravzaprav velikost vrat, ki jih lahko imenujemo tudi V strukturi tranzistorja tok teče od vira do odtoka, vrata (vrata) pa so enakovredna vratom, ki so v glavnem odgovorna za nadzorovanje vklopa in izklopa vira in odtoka na obeh koncih.
Tok bo izgubljen, širina vrat pa določa izgubo pri prehodu toka, kar se kaže v skupni proizvodnji toplote in porabi energije mobilnih telefonov. Čim ožja je širina, tem manjša je poraba energije. Najmanjša širina (dolžina vrat) vrat je proizvodni proces.
Namen krčenja nanometrskega procesa je zapakirati več tranzistorjev v manjši čip, da se čip zaradi tehnološke izboljšave ne poveča.
Toda če naredimo vrata manjša, hitreje bo tok tekel med virom in odtokom, težji bo proces.
Proces izdelave čipov je razdeljen na sedem glavnih proizvodnih področij, ki so difuzija, fotolitografija, jedkanje, ionska implantacija, rast filma, poliranje in metalizacija. Fotolitografija in jedkanje sta dva bistvena koraka.
Tranzistorji so gravirani z litografijo in jedkanjem, litografija pa je namenjena izdelavi vezij in funkcionalnih področij, potrebnih za proizvodnjo čipov.
Svetloba, ki jo oddaja fotolitografski stroj, se uporablja za osvetlitev plošče, prevlečene s fotorezistom, skozi fotomasko z vzorcem. Vloga grafa.
To je vloga litografije, podobna fotografiranju s fotoaparatom. Fotografija, posneta s kamero, se natisne na negativ, litografija pa ne natisne fotografije, temveč shemo vezja in druge elektronske komponente.
Jedkanje je postopek selektivnega odstranjevanja neželenega materiala s površine silicijeve rezine s kemičnimi ali fizikalnimi metodami. Pri običajnem poteku obdelave rezin se postopek jedkanja nahaja za postopkom fotolitografije in vzorčaste fotorezistne plasti med jedkanjem vir korozije ne bo bistveno erodiral, tako da se zaključi procesni korak prenosa vzorca. Postopek jedkanja je ključni korak pri posnemanju vzorcev maske.
slika
Med njimi je uporabljeni material fotorezist. Vedeti moramo, da se zasnova vezja najprej napiše na fotomasko z laserjem, nato pa se vir svetlobe obseva skozi masko na površino silicijeve rezine s fotorezistom, kar povzroči območje izpostavljenosti. Fotorezist ima kemični učinek, nato pa izpostavljeno ali neosvetljeno območje se raztopi in odstrani z razvojno tehnologijo, tako da se vzorec vezja na maski prenese na fotorezist in končno se vzorec prenese na silikonsko rezino s tehnologijo jedkanja.
Fotolitografijo delimo na dva osnovna postopka, pozitivno fotolitografijo in negativno fotolitografijo, glede na razliko med pozitivno in negativno fotolitografijo. Pri pozitivni fotolitografiji strukturo izpostavljenega dela pozitivnega upora uniči in spere topilo, tako da je vzorec na fotorezistu enak vzorcu na maski.
Nasprotno pa se pri litografiji z negativnimi toni izpostavljeni del negativnega upora strdi in postane netopen, del maske pa spere topilo, zaradi česar je vzorec na fotorezistu nasproten vzorcu na maski.
Ta korak lahko preprosto razložimo z mikroravni.
Vnaprej izdelana fotorezistna plošča je prekrita z rezino (ali silikonsko rezino), prevlečeno s fotorezistom, nato pa je rezina določen čas obsevana z ultravijoličnimi žarki skozi fotorezistno ploščo. Načelo je uporaba ultravijoličnih žarkov za razgradnjo dela fotorezista in olajšanje korodiranja.
Raztapljanje fotorezista: fotorezist, izpostavljen ultravijolični svetlobi v procesu fotolitografije, se raztopi, vzorec, ki ostane po odstranitvi, pa je skladen z vzorcem na maski.
"Jedkanje" pomeni, da se po fotolitografiji dotrajani del fotorezista (pozitivni rezist) jedka z raztopino za jedkanje, na površini rezine pa je prikazan vzorec polprevodniške naprave in njene povezave. Nato uporabite drugo raztopino za jedkanje, da jedkate rezino, da oblikujete polprevodniške naprave in njihova vezja.
Odstranitev fotorezista: Ko je jedkanje končano, je naloga fotorezista razglašena za zaključeno in zasnovani vzorec vezja je viden po odstranitvi.
Na ta način je bilo izrezljanih več kot 10 milijard tranzistorjev in tranzistorji se uporabljajo v številnih digitalnih in analognih funkcijah, vključno z ojačanjem, preklapljanjem, regulacijo napetosti, modulacijo signala in oscilatorji.
Več tranzistorjev lahko poveča računalniško učinkovitost procesorja; poleg tega lahko zmanjšanje velikosti zmanjša tudi porabo energije; končno, ko se čip zmanjša, ga je lažje priključiti na mobilno napravo, da zadosti potrebam prihodnjega redčenja in svetlenja.
Slika prereza tranzistorja čipa
Po 3 nm trenutni tranzistorji niso več primerni in polprevodniška industrija trenutno razvija nanosheet FET (GAA FET) in nanowire FET (MBCFET), ki veljajo za pot naprej za današnje finFET.
Samsung stavi na tranzistorsko tehnologijo GAA gate-around, za katero TSMC še ni objavil posebnih podrobnosti postopka. Samsung je leta 2019 prvič napovedal GAA prostorski tranzistor z vrati. Glede na Samsungovo uradno izjavo je Samsung na podlagi nove tranzistorske strukture GAA izdelal MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, večmostni kanalni tranzistor na polju) z uporabo nanosheet naprav. ), ki lahko znatno izboljša zmogljivost tranzistorja in nadomesti tehnologijo tranzistorjev FinFET.
slika
Poleg tega je tehnologija MBCFET združljiva tudi z obstoječo tehnologijo in opremo proizvodnega procesa FinFET, s čimer pospešuje razvoj in proizvodnjo procesov.
2
