Napjainkban a chipgyártási folyamat folyamatos fejlesztésével több mint 10 milliárd tranzisztor lehet a chipben. Hogyan van felszerelve ennyi tranzisztor?
1
Ha a chipet folyamatosan bővítik, belülről úgy néz ki, mint egy hatalmas város.
Ez egy felülről lefelé nézet SEM fotó. Jól látható a réteges szerkezet a CPU belsejében. A vonal szélessége egyre szűkebb lesz, ahogy lefelé halad, közelebb az eszközréteghez.
Ez a CPU keresztmetszeti képe. Jól látható a réteges CPU-struktúra. A chip rétegesen van elrendezve. Ennek a CPU-nak körülbelül 10 rétege van. A legalsó réteg az eszközréteg, amely a MOSFET tranzisztor.
Amikor a Mos csövet megnöveljük a chipben, egy háromdimenziós szerkezet látható, mint egy "pódium". A tranzisztornak nincs induktivitása, ellenállása vagy egyéb hőtermelésre hajlamos eszköz. A felső réteg egy kis ellenállású elektróda, amelyet szigetelő választ el az alatta lévő platformtól. Általában P-típusú vagy N-típusú poliszilíciumot használ a kapu nyersanyagaként, az alábbi szigetelőanyag pedig szilícium-dioxid.
A platform két oldala a forrás és a lefolyó szennyeződések hozzáadásával, ezek helyzete felcserélhető. A kettő közötti távolság a csatorna, és ez a távolság határozza meg a chip jellemzőit.
Természetesen a chipben lévő tranzisztorok nem csak Mos csövek, hanem háromkapu tranzisztorok is. A tranzisztorokat nem telepítik, hanem a chipgyártás során gravírozzák.
A chip tervezésekor a chiptervező EDA eszközöket használ a chip elrendezésének megtervezéséhez, majd az útvonal és az útvonal megtervezéséhez.
Ha ráközelítünk a tervezett kapuáramkörre, akkor a fehér pontok a szubsztrátum, néhány zöld szegély pedig az adalékolt rétegek.
Az ostyaöntöde a chiptervező által tervezett fizikai elrendezés szerint készül.
A forgácsgyártásban két irányzat figyelhető meg. Az egyik az, hogy az ostyák egyre nagyobbak, így több chipet lehet kivágni a hatékonyság megtakarítása érdekében. A másik a chip gyártási folyamata. A gyártási folyamat fogalma tulajdonképpen a kapu mérete, amit a tranzisztoros felépítésben is nevezhetünk a Forrásból a Drainbe áramlik az áram, a Gate (Gate) pedig egy kapunak felel meg, ami elsősorban a a forrás és a lefolyó be- és kikapcsolásának szabályozása mindkét végén.
Az áram elveszik, és a kapu szélessége határozza meg a veszteséget az áram áthaladásakor, ami a mobiltelefonok közös hőtermelésében és energiafogyasztásában nyilvánul meg. Minél keskenyebb a szélesség, annál kisebb az energiafogyasztás. A kapu minimális szélessége (kapu hossza) a gyártási folyamat.
A nanométeres eljárás zsugorításának célja, hogy egy kisebb chipbe több tranzisztort pakoljanak, így a technológiai fejlesztések miatt a chip nem lesz nagyobb.
De ha kisebbre tesszük a kaput, annál gyorsabban fog áramlani az áram a forrás és a lefolyó között, annál nehezebb lesz a folyamat.
A chipgyártási folyamat hét fő gyártási területre oszlik, ezek a diffúzió, fotolitográfia, maratás, ionimplantáció, filmnövekedés, polírozás és fémezés. A fotolitográfia és a rézkarc a két fő lépés.
A tranzisztorokat litográfiával és maratással gravírozzák, a litográfia pedig a chipgyártáshoz szükséges áramkörök és funkcionális területek elkészítésére szolgál.
A fotolitográfiai gép által kibocsátott fény segítségével a fotoreziszttel bevont lapot egy mintás fotómaszkon keresztül exponálják. A gráf szerepe.
Ez a litográfia szerepe, hasonlóan a fényképezőgéppel történő fényképezéshez. A negatívra a fényképezőgéppel készített fotót nyomtatják, a litográfia pedig nem a fotót, hanem a kapcsolási rajzot és egyéb elektronikai alkatrészeket.
A maratás az a folyamat, amelynek során kémiai vagy fizikai módszerekkel szelektíven eltávolítják a nem kívánt anyagokat a szilíciumlapka felületéről. A szokásos ostyafeldolgozási folyamatban a maratási folyamat a fotolitográfiai eljárás után történik, és a mintázott fotoreziszt réteget a maratás során a korrózióforrás nem erodálja jelentősen, így a mintaátvitel folyamatlépése befejeződik. A maratási folyamat kulcsfontosságú lépés a maszkminták replikálásában.
kép
Ezek közül az anyag a fotoreziszt. Tudnunk kell, hogy először lézerrel felírják a fotomaszkra az áramkör kialakítását, majd a fényforrást a maszkon keresztül fotoreziszttel besugározzák a szilícium lapka felületére, így az expozíciós területet A fotoreziszt kémiai hatású, majd az exponált vagy nem exponált területet előhívó technológiával feloldják és eltávolítják, így a maszkon lévő áramköri mintázat a fotorezisztre, végül a minta maratási technológiával kerül át a szilícium ostyára.
A fotolitográfiát a pozitív és negatív fotolitográfia közötti különbség alapján két alapvető folyamatra osztják, a pozitív fotolitográfiára és a negatív fotolitográfiára. Pozitív fotolitográfiában a pozitív reziszt exponált részének szerkezete tönkremegy és lemosódik az oldószer hatására, így a fotoreziszten lévő mintázat megegyezik a maszk mintájával.
Ezzel szemben a negatív tónusú litográfiában a negatív reziszt exponált része megkeményedik és oldhatatlanná válik, a maszkrészt pedig az oldószer lemossa, így a fotoreziszten lévő minta ellentétes lesz a maszk mintájával.
Egyszerűen elmagyarázhatjuk ezt a lépést mikroszintről.
A fotoreziszttel bevont ostyára (vagy szilícium ostyára) előre elkészített fotoreziszt lemezt borítanak, majd az ostyát meghatározott ideig ultraibolya sugárzással sugározzák be a fotoreziszt lemezen keresztül. Az elv az, hogy ultraibolya sugarakat használnak a fotoreziszt egy részének lebontására, és megkönnyítik a korrodálódását.
Oldódó fotoreziszt: A fotolitográfiás eljárás során ultraibolya fénynek kitett fotoreziszt feloldódik, és az eltávolítás után megmaradt minta megegyezik a maszkon látható mintázattal.
A "maratás" azt jelenti, hogy a fotolitográfiát követően a fotoreziszt (pozitív reziszt) megrongálódott részét maratóoldattal lemaratják, és az ostya felületén a félvezető eszköz mintázata és csatlakozása látható. Ezután egy másik maratási megoldással maratja le a lapkát, hogy félvezető eszközöket és azok áramköreit képezze.
Fotoreziszt eltávolítása: A maratás befejezése után a fotoreziszt küldetése befejezettnek nyilvánul, és a tervezett áramköri mintázat minden eltávolítás után látható.
Több mint 10 milliárd tranzisztort faragtak ki ilyen módon, és a tranzisztorokat számos digitális és analóg funkcióban használják, beleértve az erősítést, kapcsolást, feszültségszabályozást, jelmodulációt és oszcillátorokat.
Több tranzisztor növelheti a processzor számítási hatékonyságát; ráadásul a méret csökkentése az energiafogyasztást is csökkentheti; végül a chip méretének csökkentése után könnyebben csatlakoztatható egy mobileszközhöz, hogy megfeleljen a jövőbeni ritkítás és világosítás igényeinek.
Image Chip tranzisztor keresztmetszete
3 nm után az áramtranzisztorok már nem alkalmasak, a félvezetőipar pedig jelenleg nanosheet FET-eket (GAA FET) és nanowire FET-eket (MBCFET) fejleszt, amelyeket a mai finFET-ek számára a továbblépési útnak tekintenek.
A Samsung a GAA gate-around tranzisztor technológiára fogad, amelyet a TSMC még nem közölt konkrét folyamat részleteivel. A Samsung először 2019-ben jelentette be a GAA térhatású tranzisztort. A Samsung hivatalos közleménye szerint az új GAA tranzisztor-struktúra alapján a Samsung nanolemezes eszközök segítségével MBCFET-et (Multi-Bridge-Channel FET, többhíd-csatornás térhatású tranzisztor) gyártott. ), amely jelentősen növelheti a tranzisztorok teljesítményét és helyettesítheti a FinFET tranzisztor technológiát.
kép
Emellett az MBCFET technológia kompatibilis a meglévő FinFET gyártási folyamattechnológiával és berendezésekkel is, ezáltal felgyorsítja a folyamatfejlesztést és a gyártást.
2
