V dnešní době, s neustálým zlepšováním procesu výroby čipů, může být v čipu více než 10 miliard tranzistorů. Jak je nainstalováno tolik tranzistorů?
1
Když se čip průběžně zvětšuje, vypadá uvnitř jako obrovské město.
Toto je fotografie SEM pohledu shora dolů. Jasně vidíte vrstvenou strukturu uvnitř CPU. Šířka čáry se zužuje, jak jdete dolů, blíže k vrstvě zařízení.
Toto je pohled v řezu na CPU. Jasně vidíte vrstvenou strukturu CPU. Čip je uspořádán ve vrstvách. Tento CPU má asi 10 vrstev. Nejnižší vrstvou je vrstva zařízení, což je tranzistor MOSFET.
Když je trubice Mos v čipu zvětšena, je vidět trojrozměrná struktura jako "pódium". Tranzistor nemá žádnou indukčnost, odpor ani jiná zařízení, která jsou náchylná na tvorbu tepla. Vrchní vrstva je nízkoodporová elektroda, která je oddělena od spodní platformy izolátorem. Obecně používá polysilikon typu P nebo N jako surovinu pro bránu a izolátorem níže je oxid křemičitý.
Dvě strany plošiny jsou zdrojem a odtokem přidáním nečistot a jejich polohy lze zaměnit. Vzdálenost mezi nimi je kanál a je to tato vzdálenost, která určuje vlastnosti čipu.
Tranzistory v čipu samozřejmě nejsou jen elektronky Mos, ale také tri-gate tranzistory. Tranzistory nejsou instalovány, ale jsou vyryty během výroby čipu.
Při navrhování čipu použije návrhář čipu nástroje EDA k naplánování rozmístění čipu a poté k jeho směrování a směrování.
Pokud přiblížíme navržený obvod hradla, bílé tečky jsou substrát a některé zelené okraje jsou dotované vrstvy.
Slévárna destiček je vyráběna podle fyzického uspořádání navrženého konstruktérem čipů.
Ve výrobě čipů existují dva trendy. Jedním z nich je, že destičky jsou stále větší a větší, takže lze vyříznout více čipů, aby se ušetřila účinnost. Druhým je proces výroby čipu. Koncept výrobního procesu je ve skutečnosti velikost brány, kterou lze také nazvat Ve struktuře tranzistoru proud teče ze Zdroje do Drain a Gate (Gate) je ekvivalentní bráně, která je zodpovědná především za ovládání zapínání a vypínání zdroje a vypouštění na obou koncích.
Dojde ke ztrátě proudu a šířka brány určuje ztrátu při průchodu proudu, což se projevuje běžnou tvorbou tepla a spotřebou mobilních telefonů. Čím užší šířka, tím nižší spotřeba energie. Minimální šířka (délka brány) brány je výrobní proces.
Účelem zmenšování nanometrového procesu je zabalit více tranzistorů do menšího čipu, aby se čip díky technologickému vylepšení nezvětšil.
Ale pokud uděláme bránu menší, čím rychleji bude proud mezi zdrojem a odtokem protékat, tím obtížnější bude proces.
Proces výroby čipů je rozdělen do sedmi hlavních výrobních oblastí, kterými jsou difúze, fotolitografie, leptání, iontová implantace, růst filmu, leštění a metalizace. Fotolitografie a leptání jsou dva základní kroky.
Tranzistory jsou vyryty litografií a leptáním a litografie má vytvořit obvody a funkční oblasti potřebné pro výrobu čipů.
Světlo emitované fotolitografickým strojem se používá k expozici listu potaženého fotorezistem přes fotomasku se vzorem. Role grafu.
To je role litografie, podobná focení fotoaparátem. Fotografie pořízená fotoaparátem se tiskne na negativ a litografie netiskne fotografii, ale schéma zapojení a další elektronické součástky.
Leptání je proces selektivního odstraňování nežádoucího materiálu z povrchu křemíkového plátku pomocí chemických nebo fyzikálních metod. V obvyklém toku zpracování plátků je proces leptání umístěn po procesu fotolitografie a vzorovaná vrstva fotorezistu nebude během leptání významně erodována zdrojem koroze, aby byl dokončen procesní krok přenosu vzoru. Proces leptání je klíčovým krokem při replikaci vzorů masky.
obrázek
Mezi nimi je použitým materiálem fotorezist. Potřebujeme vědět, že návrh obvodu je nejprve napsán na fotomasce laserem a poté je světelný zdroj ozařován přes masku na povrch křemíkového plátku s fotorezistem, což způsobí expoziční plochu Fotorezist má chemický účinek a poté exponovaná nebo neexponovaná oblast se rozpustí a odstraní vyvíjecí technologií, takže obvodový vzor na masce se přenese na fotorezist a nakonec se vzor přenese na křemíkový plátek technologií leptání.
Fotolitografie se podle rozdílu mezi pozitivní a negativní fotolitografií dělí na dva základní procesy, pozitivní fotolitografii a negativní fotolitografii. Při pozitivní fotolitografii je struktura exponované části pozitivního rezistu zničena a smyta rozpouštědlem, takže vzor na fotorezistu je stejný jako vzor na masce.
Naopak v litografii s negativními tóny exponovaná část negativního rezistu ztvrdne a stane se nerozpustným a část masky je smyta rozpouštědlem, čímž se vzor na fotorezistu stane opakem vzoru na masce.
Tento krok můžeme jednoduše vysvětlit z mikroúrovně.
Na plátek (nebo křemíkový plátek) potažený fotorezistem je pokryta předem vyrobená fotorezistová deska a poté je plátek ozařován ultrafialovými paprsky po určitou dobu přes fotorezistovou desku. Princip spočívá v použití ultrafialových paprsků k degradaci části fotorezistu a jeho snadné korozi.
Rozpouštění fotorezistu: Fotorezist vystavený ultrafialovému světlu v procesu fotolitografie se rozpustí a vzor, který zůstane po odstranění, je konzistentní se vzorem na masce.
"Letání" znamená, že po fotolitografii je poškozená část fotorezistu (pozitivní rezist) odleptána leptacím roztokem a povrch destičky ukazuje vzor polovodičového prvku a jeho zapojení. Poté použijte jiný leptací roztok k leptání waferu, aby se vytvořila polovodičová zařízení a jejich obvody.
Odstranění fotorezistu: Po dokončení leptání je poslání fotorezistu prohlášeno za dokončené a navržený vzor obvodu lze vidět po úplném odstranění.
Tímto způsobem bylo vyřezáno více než 10 miliard tranzistorů a tranzistory se používají v široké škále digitálních a analogových funkcí, včetně zesílení, spínání, regulace napětí, modulace signálu a oscilátorů.
Více tranzistorů může zvýšit výpočetní efektivitu procesoru; navíc zmenšení velikosti může také snížit spotřebu energie; konečně, po zmenšení velikosti čipu je snazší jej zapojit do mobilního zařízení, aby vyhovoval potřebám budoucího ztenčení a zesvětlení.
Obrázek Průřez tranzistorem čipu
Po 3nm již současné tranzistory nevyhovují a polovodičový průmysl v současné době vyvíjí nanosheet FET (GAA FET) a nanovláknové FET (MBCFET), které jsou považovány za cestu vpřed pro dnešní finFET.
Samsung sází na tranzistorovou technologii GAA gate-around, kterou TSMC zatím nezveřejnila konkrétní detaily procesu. Samsung poprvé oznámil GAA surround gate tranzistor v roce 2019. Podle oficiálního prohlášení Samsungu na základě nové struktury tranzistoru GAA vyrobil Samsung MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, multi-bridge-channel field effect tranzistor) pomocí nanovrstvových zařízení. ), který může výrazně zvýšit výkon tranzistorů a nahradit technologii tranzistorů FinFET.
obrázek
Kromě toho je technologie MBCFET také kompatibilní se stávající technologií a vybavením výrobního procesu FinFET, čímž urychluje vývoj procesu a výrobu.
2
