Σήμερα, με τη συνεχή βελτίωση της διαδικασίας κατασκευής τσιπ, μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από 10 δισεκατομμύρια τρανζίστορ στο τσιπ. Πώς είναι εγκατεστημένα τόσα τρανζίστορ;
1
Όταν το τσιπ μεγεθύνεται συνεχώς, μοιάζει με μια τεράστια πόλη μέσα.
Αυτή είναι μια φωτογραφία SEM προβολής από πάνω προς τα κάτω. Μπορείτε να δείτε ξεκάθαρα την πολυεπίπεδη δομή μέσα στην CPU. Το πλάτος της γραμμής γίνεται στενότερο καθώς κατεβαίνετε, πιο κοντά στο επίπεδο της συσκευής.
Αυτή είναι μια διατομή της CPU. Μπορείτε να δείτε ξεκάθαρα την πολυεπίπεδη δομή της CPU. Το τσιπ είναι διατεταγμένο σε στρώματα. Αυτή η CPU έχει περίπου 10 επίπεδα. Το χαμηλότερο στρώμα είναι το στρώμα της συσκευής, το οποίο είναι το τρανζίστορ MOSFET.
Όταν ο σωλήνας Mos μεγεθύνεται στο τσιπ, μπορεί να φανεί μια τρισδιάστατη δομή σαν «βάθρο». Το τρανζίστορ δεν έχει αυτεπαγωγή, αντίσταση ή άλλες συσκευές που είναι επιρρεπείς στην παραγωγή θερμότητας. Το επάνω στρώμα είναι ένα ηλεκτρόδιο χαμηλής αντίστασης, το οποίο διαχωρίζεται από την πλατφόρμα κάτω από έναν μονωτή. Χρησιμοποιεί γενικά πολυπυρίτιο τύπου Ρ ή τύπου Ν ως πρώτη ύλη για την πύλη και ο μονωτήρας παρακάτω είναι το διοξείδιο του πυριτίου.
Οι δύο πλευρές της πλατφόρμας είναι η πηγή και η αποχέτευση προσθέτοντας ακαθαρσίες και οι θέσεις τους μπορούν να εναλλάσσονται. Η απόσταση μεταξύ των δύο είναι το κανάλι και είναι αυτή η απόσταση που καθορίζει τα χαρακτηριστικά του τσιπ.
Φυσικά, τα τρανζίστορ στο τσιπ δεν είναι μόνο σωλήνες Mos, αλλά και τρανζίστορ τριών πυλών. Τα τρανζίστορ δεν είναι εγκατεστημένα, αλλά είναι χαραγμένα κατά την κατασκευή του τσιπ.
Κατά το σχεδιασμό ενός τσιπ, ο σχεδιαστής τσιπ θα χρησιμοποιήσει εργαλεία EDA για να σχεδιάσει τη διάταξη του τσιπ και, στη συνέχεια, τη δρομολόγηση και τη δρομολόγηση.
Εάν κάνουμε μεγέθυνση στο σχεδιασμένο κύκλωμα πύλης, οι λευκές κουκκίδες είναι το υπόστρωμα και μερικά πράσινα περιγράμματα είναι τα ντοπαρισμένα στρώματα.
Το χυτήριο γκοφρέτας κατασκευάζεται σύμφωνα με τη φυσική διάταξη που σχεδιάστηκε από τον σχεδιαστή τσιπ.
Υπάρχουν δύο τάσεις στην κατασκευή τσιπ. Το ένα είναι ότι οι γκοφρέτες γίνονται όλο και μεγαλύτερες, έτσι ώστε να μπορούν να κοπούν περισσότερες μάρκες για εξοικονόμηση απόδοσης. Το άλλο είναι η διαδικασία κατασκευής τσιπ. Η έννοια της διαδικασίας κατασκευής είναι στην πραγματικότητα το μέγεθος της πύλης, το οποίο μπορεί επίσης να ονομαστεί Στη δομή του τρανζίστορ, το ρεύμα ρέει από την Πηγή προς την Αποχέτευση και η Πύλη (Πύλη) είναι ισοδύναμη με μια πύλη, η οποία είναι κυρίως υπεύθυνη για ελέγχοντας το on-off της πηγής και της αποστράγγισης και στα δύο άκρα.
Το ρεύμα θα χαθεί και το πλάτος της πύλης καθορίζει την απώλεια όταν περάσει το ρεύμα, η οποία εκδηλώνεται στην κοινή παραγωγή θερμότητας και κατανάλωση ενέργειας των κινητών τηλεφώνων. Όσο πιο στενό είναι το πλάτος, τόσο χαμηλότερη είναι η κατανάλωση ενέργειας. Το ελάχιστο πλάτος (μήκος πύλης) της πύλης είναι η διαδικασία κατασκευής.
Ο σκοπός της συρρίκνωσης της διαδικασίας νανομέτρου είναι να συσκευαστούν περισσότερα τρανζίστορ σε ένα μικρότερο τσιπ, έτσι ώστε το τσιπ να μην γίνει μεγαλύτερο λόγω τεχνολογικής βελτίωσης.
Αλλά αν κάνουμε την πύλη μικρότερη, όσο πιο γρήγορα θα ρέει το ρεύμα μεταξύ της πηγής και της αποχέτευσης, τόσο πιο δύσκολη θα είναι η διαδικασία.
Η διαδικασία κατασκευής τσιπ χωρίζεται σε επτά κύριους τομείς παραγωγής, οι οποίοι είναι η διάχυση, η φωτολιθογραφία, η χάραξη, η εμφύτευση ιόντων, η ανάπτυξη φιλμ, η στίλβωση και η μεταλλοποίηση. Η φωτολιθογραφία και η χάραξη είναι τα δύο βασικά βήματα.
Τα τρανζίστορ είναι χαραγμένα με λιθογραφία και χάραξη, και η λιθογραφία είναι να δημιουργήσει τα κυκλώματα και τις λειτουργικές περιοχές που απαιτούνται για την παραγωγή τσιπ.
Το φως που εκπέμπεται από το μηχάνημα φωτολιθογραφίας χρησιμοποιείται για την έκθεση του φύλλου επικαλυμμένου με φωτοανθεκτικό μέσω μιας φωτομάσκας με σχέδιο. Ο ρόλος του γραφήματος.
Αυτός είναι ο ρόλος της λιθογραφίας, παρόμοιος με τη λήψη φωτογραφιών με κάμερα. Η φωτογραφία που τραβήχτηκε από την κάμερα εκτυπώνεται στο αρνητικό και η λιθογραφία δεν εκτυπώνει τη φωτογραφία, αλλά το διάγραμμα κυκλώματος και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Η χάραξη είναι η διαδικασία της επιλεκτικής αφαίρεσης ανεπιθύμητου υλικού από την επιφάνεια μιας γκοφρέτας πυριτίου χρησιμοποιώντας χημικές ή φυσικές μεθόδους. Στη συνήθη ροή επεξεργασίας πλακιδίων, η διαδικασία χάραξης εντοπίζεται μετά τη διαδικασία φωτολιθογραφίας και το διαμορφωμένο στρώμα φωτοανθεκτικού δεν θα διαβρωθεί σημαντικά από την πηγή διάβρωσης κατά τη διάρκεια της χάραξης, έτσι ώστε να ολοκληρωθεί το στάδιο της διαδικασίας μεταφοράς σχεδίου. Η διαδικασία χάραξης είναι ένα βασικό βήμα για την αναπαραγωγή μοτίβων μάσκας.
εικόνα
Μεταξύ αυτών, το υλικό που εμπλέκεται είναι το φωτοανθεκτικό. Πρέπει να γνωρίζουμε ότι η σχεδίαση του κυκλώματος γράφεται πρώτα στη φωτομάσκα με λέιζερ και, στη συνέχεια, η πηγή φωτός ακτινοβολείται μέσω της μάσκας στην επιφάνεια της πλακέτας πυριτίου με φωτοανθεκτικό, προκαλώντας την περιοχή έκθεσης Το φωτοανθεκτικό έχει χημικό αποτέλεσμα και στη συνέχεια η εκτεθειμένη ή μη εκτεθειμένη περιοχή διαλύεται και αφαιρείται με την ανάπτυξη τεχνολογίας, έτσι ώστε το μοτίβο του κυκλώματος στη μάσκα να μεταφέρεται στο φωτοανθεκτικό και τελικά το σχέδιο μεταφέρεται στη γκοφρέτα πυριτίου με τεχνολογία χάραξης.
Η φωτολιθογραφία χωρίζεται σε δύο βασικές διαδικασίες, τη θετική φωτολιθογραφία και την αρνητική φωτολιθογραφία, ανάλογα με τη διαφορά μεταξύ θετικής και αρνητικής φωτολιθογραφίας. Στη θετική φωτολιθογραφία, η δομή του εκτεθειμένου μέρους της θετικής αντίστασης καταστρέφεται και ξεπλένεται από τον διαλύτη, έτσι ώστε το σχέδιο στο φωτοανθεκτικό να είναι ίδιο με το σχέδιο στη μάσκα.
Αντίθετα, στη λιθογραφία αρνητικού τόνου, το εκτεθειμένο τμήμα της αρνητικής αντίστασης σκληραίνει και γίνεται αδιάλυτο, και το τμήμα της μάσκας ξεπλένεται από τον διαλύτη, κάνοντας το σχέδιο στο φωτοανθεκτικό αντίθετο από το σχέδιο στη μάσκα.
Μπορούμε απλά να εξηγήσουμε αυτό το βήμα από μικροεπίπεδο.
Μια προκατασκευασμένη πλάκα φωτοανθεκτικού καλύπτεται στη γκοφρέτα (ή γκοφρέτα πυριτίου) επικαλυμμένη με φωτοανθεκτικό, και στη συνέχεια η γκοφρέτα ακτινοβολείται με υπεριώδεις ακτίνες για ορισμένο χρονικό διάστημα μέσω της πλάκας φωτοανθεκτικού. Η αρχή είναι η χρήση υπεριωδών ακτίνων για την υποβάθμιση μέρους του φωτοανθεκτικού και για εύκολη διάβρωση.
Διαλυτικό φωτοανθεκτικό: Το φωτοανθεκτικό που εκτίθεται στο υπεριώδες φως στη διαδικασία φωτολιθογραφίας διαλύεται και το σχέδιο που μένει μετά την αφαίρεση είναι σύμφωνο με αυτό στη μάσκα.
"Εγχάραξη" σημαίνει ότι μετά τη φωτολιθογραφία, το φθαρμένο τμήμα του φωτοανθεκτικού (θετική αντίσταση) χαράσσεται με διάλυμα χάραξης και η επιφάνεια του πλακιδίου δείχνει το σχέδιο της συσκευής ημιαγωγού και τη σύνδεσή της. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε ένα άλλο διάλυμα χάραξης για να χαράξετε τη γκοφρέτα για να σχηματίσετε συσκευές ημιαγωγών και τα κυκλώματά τους.
Αφαίρεση φωτοανθεκτικού: Αφού ολοκληρωθεί η χάραξη, η αποστολή του φωτοανθεκτικού δηλώνεται ολοκληρωμένη και το σχεδιασμένο σχέδιο κυκλώματος μπορεί να φανεί μετά από όλη την αφαίρεση.
Περισσότερα από 10 δισεκατομμύρια τρανζίστορ έχουν χαραχθεί με αυτόν τον τρόπο και τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία ψηφιακών και αναλογικών λειτουργιών, όπως ενίσχυση, μεταγωγή, ρύθμιση τάσης, διαμόρφωση σήματος και ταλαντωτές.
Περισσότερα τρανζίστορ μπορούν να αυξήσουν την υπολογιστική απόδοση του επεξεργαστή. Επιπλέον, η μείωση του μεγέθους μπορεί επίσης να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας. Τέλος, αφού το τσιπ μειωθεί σε μέγεθος, είναι ευκολότερο να το συνδέσετε σε μια φορητή συσκευή για να καλύψετε τις ανάγκες μελλοντικής αραίωσης και φωτισμού.
Διατομή τρανζίστορ τσιπ εικόνας
Μετά από 3 nm, τα τρέχοντα τρανζίστορ δεν είναι πλέον κατάλληλα και η βιομηχανία ημιαγωγών αναπτύσσει επί του παρόντος FET νανοφύλλων (GAA FET) και FETs νανοσύρματος (MBCFETs), τα οποία θεωρούνται ο δρόμος προς τα εμπρός για τα σημερινά finFET.
Η Samsung ποντάρει στην τεχνολογία GAA gate-around τρανζίστορ, την οποία η TSMC δεν έχει ακόμη δημοσιεύσει συγκεκριμένες λεπτομέρειες διαδικασίας. Η Samsung ανακοίνωσε για πρώτη φορά το τρανζίστορ surround gate GAA το 2019. Σύμφωνα με την επίσημη δήλωση της Samsung, με βάση τη νέα δομή τρανζίστορ GAA, η Samsung κατασκεύασε το MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, multi-bridge-channel field effect transistor) χρησιμοποιώντας συσκευές νανοφύλλων. ), το οποίο μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του τρανζίστορ και να αντικαταστήσει την τεχνολογία τρανζίστορ FinFET.
εικόνα
Επιπλέον, η τεχνολογία MBCFET είναι επίσης συμβατή με την υπάρχουσα τεχνολογία και εξοπλισμό διαδικασίας κατασκευής FinFET, επιταχύνοντας έτσι την ανάπτυξη και την παραγωγή διεργασιών.
2
