V súčasnosti, s neustálym zdokonaľovaním procesu výroby čipov, môže byť v čipe viac ako 10 miliárd tranzistorov. Ako je nainštalovaných toľko tranzistorov?
1
Keď sa čip priebežne zväčšuje, vyzerá vo vnútri ako obrovské mesto.
Toto je fotografia SEM zobrazenia zhora nadol. Môžete jasne vidieť vrstvenú štruktúru vnútri CPU. Šírka čiary sa zužuje, keď idete nadol, bližšie k vrstve zariadenia.
Toto je pohľad v reze na CPU. Môžete jasne vidieť vrstvenú štruktúru CPU. Čip je usporiadaný vo vrstvách. Tento CPU má asi 10 vrstiev. Najnižšou vrstvou je vrstva zariadenia, ktorou je tranzistor MOSFET.
Keď sa Mos trubica v čipe zväčší, je možné vidieť trojrozmernú štruktúru ako "pódium". Tranzistor nemá žiadnu indukčnosť, odpor ani iné zariadenia, ktoré sú náchylné na tvorbu tepla. Vrchná vrstva je elektróda s nízkym odporom, ktorá je oddelená od platformy pod izolátorom. Vo všeobecnosti používa polysilikón typu P alebo N ako surovinu pre bránu a izolátor nižšie je oxid kremičitý.
Dve strany plošiny sú zdrojom a odtokom pridaním nečistôt a ich polohy je možné zameniť. Vzdialenosť medzi nimi je kanál a je to táto vzdialenosť, ktorá určuje vlastnosti čipu.
Samozrejme, tranzistory v čipe nie sú len Mos elektrónky, ale aj tri-gate tranzistory. Tranzistory nie sú inštalované, ale gravírované počas výroby čipu.
Pri navrhovaní čipu použije návrhár čipu nástroje EDA na plánovanie rozloženia čipu a potom smerovanie a smerovanie.
Ak priblížime navrhnutý obvod hradla, biele bodky sú substrát a niektoré zelené okraje sú dopované vrstvy.
Zlievareň doštičiek sa vyrába podľa fyzického usporiadania navrhnutého dizajnérom čipov.
Vo výrobe čipov existujú dva trendy. Jedným z nich je, že doštičky sa zväčšujú a zväčšujú, takže je možné vyrezať viac triesok, aby sa ušetrila efektivita. Ďalším je proces výroby čipu. Koncept výrobného procesu je v skutočnosti veľkosť brány, ktorú možno nazvať aj V štruktúre tranzistora prúd tečie zo Zdroja do Drainu a Brána (Brána) je ekvivalentná bráne, ktorá je zodpovedná hlavne za ovládanie zapínania a vypínania zdroja a odtoku na oboch koncoch.
Prúd sa stratí a šírka brány určuje stratu pri prechode prúdu, čo sa prejavuje pri bežnej tvorbe tepla a spotrebe energie mobilných telefónov. Čím užšia je šírka, tým nižšia je spotreba energie. Minimálna šírka (dĺžka brány) brány je výrobný proces.
Účelom zmenšovania nanometrového procesu je zabaliť viac tranzistorov do menšieho čipu, aby sa čip v dôsledku technologického zlepšenia nezväčšil.
Ale ak urobíme bránu menšiu, čím rýchlejšie bude prúd medzi zdrojom a odtokom tiecť, tým bude proces náročnejší.
Proces výroby čipov je rozdelený do siedmich hlavných výrobných oblastí, ktorými sú difúzia, fotolitografia, leptanie, implantácia iónov, rast filmu, leštenie a metalizácia. Fotolitografia a leptanie sú dva základné kroky.
Tranzistory sú gravírované litografiou a leptaním a litografia má vytvoriť obvody a funkčné oblasti potrebné na výrobu čipov.
Svetlo vyžarované fotolitografickým strojom sa používa na vystavenie listu potiahnutého fotorezistom cez fotomasku so vzorom. Úloha grafu.
To je úloha litografie, podobne ako pri fotení fotoaparátom. Fotografia zhotovená fotoaparátom sa vytlačí na negatív a litografia nevytlačí fotografiu, ale schému zapojenia a ďalšie elektronické komponenty.
Leptanie je proces selektívneho odstraňovania nežiaduceho materiálu z povrchu kremíkového plátku pomocou chemických alebo fyzikálnych metód. V obvyklom toku spracovania plátkov je proces leptania umiestnený po procese fotolitografie a vzorovaná fotorezistová vrstva nebude počas leptania významne erodovaná zdrojom korózie, aby sa dokončil procesný krok prenosu vzoru. Proces leptania je kľúčovým krokom pri replikácii vzorov masiek.
obrázok
Medzi nimi je použitým materiálom fotorezist. Musíme vedieť, že návrh obvodu sa najprv napíše na fotomasku laserom a potom sa svetelný zdroj ožiari cez masku na povrch kremíkovej doštičky s fotorezistom, čo spôsobí oblasť expozície Fotorezist má chemický účinok a potom exponovaná alebo neexponovaná oblasť je rozpustená a odstránená technológiou vyvolávania, takže vzor obvodu na maske sa prenesie na fotorezist a nakoniec sa vzor prenesie na kremíkový plátok technológiou leptania.
Fotolitografia sa podľa rozdielu medzi pozitívnou a negatívnou fotolitografiou delí na dva základné procesy, pozitívnu fotolitografiu a negatívnu fotolitografiu. Pri pozitívnej fotolitografii je štruktúra exponovanej časti pozitívneho rezistu zničená a zmytá rozpúšťadlom, takže vzor na fotorezite je rovnaký ako vzor na maske.
Naopak, pri litografii s negatívnymi tónmi exponovaná časť negatívneho rezistu stvrdne a stane sa nerozpustným a časť masky sa zmyje rozpúšťadlom, čím sa vzor na fotorezite stane opakom vzoru na maske.
Tento krok môžeme jednoducho vysvetliť z mikroúrovne.
Na doštičku (alebo kremíkovú dosku) potiahnutú fotorezistom sa pokryje vopred vyrobená fotorezistová doska a potom sa doštička na určitý čas ožaruje ultrafialovým žiarením cez fotorezistovú dosku. Princípom je použitie ultrafialových lúčov na degradáciu časti fotorezistu a uľahčenie jeho korózie.
Rozpúšťanie fotorezistu: Fotorezist vystavený ultrafialovému svetlu v procese fotolitografie sa rozpustí a vzor, ktorý zostane po odstránení, je konzistentný so vzorom na maske.
"Letanie" znamená, že po fotolitografii sa poškodená časť fotorezistu (pozitívny rezist) odleptá leptacím roztokom a na povrchu doštičky je znázornený vzor polovodičového zariadenia a jeho zapojenie. Potom použite iný leptací roztok na leptanie doštičky na vytvorenie polovodičových zariadení a ich obvodov.
Odstránenie fotorezistu: Po dokončení leptania je úloha fotorezistu vyhlásená za dokončenú a po odstránení je možné vidieť navrhnutý vzor obvodu.
Týmto spôsobom bolo vyrezaných viac ako 10 miliárd tranzistorov a tranzistory sa používajú v širokej škále digitálnych a analógových funkcií vrátane zosilňovania, spínania, regulácie napätia, modulácie signálu a oscilátorov.
Viac tranzistorov môže zvýšiť výpočtovú efektivitu procesora; okrem toho zmenšenie veľkosti môže tiež znížiť spotrebu energie; napokon, po zmenšení veľkosti čipu je jednoduchšie ho zapojiť do mobilného zariadenia, aby vyhovovalo potrebám budúceho zoštíhlenia a odľahčenia.
Obrázok Prierez tranzistorom čipu
Po 3nm už súčasné tranzistory nie sú vhodné a polovodičový priemysel v súčasnosti vyvíja nanovrstvové FET (GAA FET) a nanovláknové FET (MBCFET), ktoré sú považované za cestu vpred pre dnešné finFET.
Samsung vsádza na tranzistorovú technológiu GAA gate-around, ktorú TSMC ešte nezverejnila konkrétne detaily procesu. Spoločnosť Samsung prvýkrát oznámila tranzistor priestorovej brány GAA v roku 2019. Podľa oficiálneho vyhlásenia spoločnosti Samsung na základe novej štruktúry tranzistora GAA spoločnosť Samsung vyrobila MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, multi-bridge-channel field effect tranzistor) pomocou nanovrstvových zariadení. ), čo môže výrazne zvýšiť výkon tranzistorov a nahradiť technológiu tranzistorov FinFET.
obrázok
Okrem toho je technológia MBCFET tiež kompatibilná s existujúcou technológiou a vybavením výrobného procesu FinFET, čím sa urýchľuje vývoj a výroba procesov.
2
