В днешно време, с непрекъснатото усъвършенстване на процеса на производство на чипове, може да има повече от 10 милиарда транзистора в чипа. Как са инсталирани толкова много транзистори?
1
Когато чипът непрекъснато се увеличава, той изглежда като огромен град вътре.
Това е SEM снимка с изглед отгоре надолу. Можете ясно да видите слоестата структура вътре в процесора. Ширината на линията става по-тясна, докато слизате надолу, по-близо до слоя на устройството.
Това е напречен разрез на процесора. Можете ясно да видите многослойната структура на процесора. Чипът е подреден на слоеве. Този процесор има около 10 слоя. Най-долният слой е слоят на устройството, който е MOSFET транзисторът.
Когато Mos тръбата се увеличи в чипа, може да се види триизмерна структура като "подиум". Транзисторът няма индуктивност, съпротивление или други устройства, които са склонни към генериране на топлина. Най-горният слой е електрод с ниско съпротивление, който е отделен от платформата отдолу с изолатор. Обикновено използва P-тип или N-тип полисилиций като суровина за портата, а изолаторът отдолу е силициев диоксид.
Двете страни на платформата са източникът и дренажът чрез добавяне на примеси и техните позиции могат да се сменят. Разстоянието между двете е каналът и именно това разстояние определя характеристиките на чипа.
Разбира се, транзисторите в чипа са не само Mos тръби, но и три-гейт транзистори. Транзисторите не са монтирани, а са гравирани при производството на чипа.
Когато проектира чип, дизайнерът на чип ще използва EDA инструменти, за да планира оформлението на чипа и след това да маршрутизира и маршрутизира.
Ако увеличим мащаба на проектираната схема на портата, белите точки са субстратът, а някои зелени граници са легираните слоеве.
Леярната за пластини се произвежда според физическото оформление, проектирано от дизайнера на чипове.
Има две тенденции в производството на чипове. Единият е, че вафлите стават все по-големи и по-големи, така че повече чипове могат да бъдат изрязани, за да се запази ефективността. Другият е процесът на производство на чипове. Концепцията за производствен процес всъщност е размерът на портата, който може да се нарече В структурата на транзистора токът протича от източника към изтичането, а портата (портата) е еквивалентна на порта, която е отговорна главно за контролиране на включване-изключване на източника и изтичането в двата края.
Токът ще бъде загубен, а ширината на портата определя загубата при преминаване на тока, което се проявява в общото генериране на топлина и консумация на енергия на мобилните телефони. Колкото по-тясна е ширината, толкова по-ниска е консумацията на енергия. Минималната ширина (дължина на вратата) на вратата е производственият процес.
Целта на свиването на нанометровия процес е да се опаковат повече транзистори в по-малък чип, така че чипът да не стане по-голям поради технологично подобрение.
Но ако направим вратата по-малка, колкото по-бързо ще тече токът между източника и дренажа, толкова по-труден ще бъде процесът.
Процесът на производство на чипове е разделен на седем основни производствени области, които са дифузия, фотолитография, ецване, йонна имплантация, растеж на филм, полиране и метализация. Фотолитографията и ецването са двете основни стъпки.
Транзисторите се гравират чрез литография и ецване, а литографията е за създаване на веригите и функционалните области, необходими за производството на чипове.
Светлината, излъчвана от фотолитографската машина, се използва за експониране на покрития с фоторезист лист през фотомаска с шарка. Ролята на графиката.
Това е ролята на литографията, подобно на снимането с фотоапарат. Снимката, направена от камерата, се отпечатва върху негатива, а литографията не отпечатва снимката, а електрическата схема и други електронни компоненти.
Гравирането е процес на селективно отстраняване на нежелан материал от повърхността на силиконова пластина с помощта на химически или физични методи. В обичайния процес на обработка на вафли, процесът на ецване се намира след процеса на фотолитография и шареният фоторезистен слой няма да бъде значително ерозиран от източника на корозия по време на ецването, така че да завърши стъпката на процеса на прехвърляне на модела. Процесът на ецване е ключова стъпка в репликирането на шаблони на маска.
снимка
Сред тях използвания материал е фоторезист. Трябва да знаем, че дизайнът на веригата първо се записва върху фотомаската с лазер и след това източникът на светлина се облъчва през маската към повърхността на силиконовата пластина с фоторезист, причинявайки зоната на експониране. Фоторезистът има химически ефект и след това експонираната или неекспонираната област се разтваря и отстранява чрез разработване на технология, така че моделът на веригата върху маската се прехвърля върху фоторезиста и накрая моделът се прехвърля върху силиконовата пластина чрез технология за ецване.
Фотолитографията се разделя на два основни процеса, позитивна фотолитография и негативна фотолитография, според разликата между позитивна и негативна фотолитография. При позитивната фотолитография структурата на експонираната част на позитивния резист се разрушава и отмива от разтворителя, така че шарката върху фоторезиста е същата като шарката върху маската.
Обратно, при литография с негативни тонове, откритата част от негативния резист се втвърдява и става неразтворима, а частта от маската се отмива от разтворителя, което прави шаблона върху фоторезиста противоположен на шаблона върху маската.
Можем просто да обясним тази стъпка от микро ниво.
Предварително изработена фоторезистна пластина се покрива върху пластината (или силиконовата пластина), покрита с фоторезист, и след това пластината се облъчва с ултравиолетови лъчи за определен период от време през фоторезистната пластина. Принципът е да се използват ултравиолетови лъчи, за да се разгради част от фоторезиста и да се направи лесен за корозия.
Разтварящ се фоторезист: Фоторезистът, изложен на ултравиолетова светлина в процеса на фотолитография, се разтваря и шарката, останала след отстраняването, е в съответствие с тази върху маската.
„Офорт“ означава, че след фотолитография повредената част от фоторезиста (положителен резист) се гравира с разтвор за офорт и повърхността на пластината показва модела на полупроводниковото устройство и неговата връзка. След това използвайте друг разтвор за ецване, за да ецвате пластината, за да формирате полупроводникови устройства и техните вериги.
Отстраняване на фоторезиста: След като ецването приключи, мисията на фоторезиста се обявява за завършена и проектираният модел на веригата може да се види след цялото отстраняване.
Повече от 10 милиарда транзистора са издълбани по този начин и транзисторите се използват в голямо разнообразие от цифрови и аналогови функции, включително усилване, превключване, регулиране на напрежението, модулация на сигнала и осцилатори.
Повече транзистори могат да увеличат изчислителната ефективност на процесора; освен това намаляването на размера може също да намали консумацията на енергия; накрая, след като размерът на чипа е намален, е по-лесно да се включи в мобилно устройство, за да отговори на нуждите от бъдещо изтъняване и олекотяване.
Изображение Напречно сечение на транзистор на чип
След 3nm настоящите транзистори вече не са подходящи и полупроводниковата индустрия в момента разработва нанолистови FETs (GAA FETs) и nanowire FETs (MBCFETs), които се считат за пътя напред за днешните finFETs.
Samsung залага на транзисторната технология GAA gate-around, за която TSMC все още не е публикувала конкретни подробности за процеса. Samsung за първи път обяви GAA съраунд гейт транзистор през 2019 г. Според официалното изявление на Samsung, въз основа на новата GAA транзисторна структура, Samsung произведе MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, многомостов канален полеви транзистор) чрез използване на нанолистови устройства. ), което може значително да подобри производителността на транзистора и да замени транзисторната технология FinFET.
снимка
В допълнение, технологията MBCFET също е съвместима със съществуващата технология и оборудване за производствени процеси FinFET, като по този начин ускорява развитието и производството на процеса.
2
