I dag, med kontinuerlig forbedring av brikkefremstillingsprosessen, kan det være mer enn 10 milliarder transistorer i brikken. Hvordan er så mange transistorer installert?
1
Når brikken forstørres kontinuerlig, ser det ut som en stor by inne.
Dette er et Top-down View SEM-bilde. Du kan tydelig se den lagdelte strukturen inne i CPUen. Linjebredden blir smalere når du går nedover, nærmere enhetslaget.
Dette er et tverrsnitt av CPU-en. Du kan tydelig se den lagdelte CPU-strukturen. Brikken er ordnet i lag. Denne CPUen har omtrent 10 lag. Det laveste laget er enhetslaget, som er MOSFET-transistoren.
Når Mos-røret forstørres i brikken, kan man se en tredimensjonal struktur som et "podium". Transistoren har ingen induktans, motstand eller andre enheter som er utsatt for varmeutvikling. Det øverste laget er en lav-motstandselektrode, som er adskilt fra plattformen under med en isolator. Den bruker vanligvis P-type eller N-type polysilisium som råmateriale for porten, og isolatoren nedenfor er silisiumdioksid.
De to sidene av plattformen er kilden og avløpet ved å tilsette urenheter, og deres posisjoner kan byttes. Avstanden mellom de to er kanalen, og det er denne avstanden som bestemmer egenskapene til brikken.
Transistorene i brikken er selvfølgelig ikke bare Mos-rør, men også tri-gate transistorer. Transistorene er ikke installert, men gravert under brikkeproduksjon.
Ved utforming av en brikke vil brikkedesigneren bruke EDA-verktøy for å planlegge utformingen av brikken, og deretter rute og rute.
Hvis vi zoomer inn på den utformede portkretsen, er de hvite prikkene substratet, og noen grønne kanter er de dopede lagene.
Waferstøperiet er produsert i henhold til den fysiske layouten designet av brikkedesigneren.
Det er to trender innen brikkeproduksjon. Den ene er at wafere blir større og større, slik at flere chips kan kuttes ut for å spare effektivitet. Den andre er chip-produksjonsprosessen. Konseptet med produksjonsprosess er faktisk størrelsen på porten, som også kan kalles I transistorstrukturen flyter strømmen fra kilden til avløpet, og porten (porten) tilsvarer en port, som hovedsakelig er ansvarlig for kontrollere av- og på kilden og drenering i begge ender.
Strømmen vil gå tapt, og bredden på porten bestemmer tapet når strømmen passerer, noe som manifesteres i den vanlige varmegenereringen og strømforbruket til mobiltelefoner. Jo smalere bredde, jo lavere strømforbruk. Minimumsbredden (portlengden) på porten er produksjonsprosessen.
Hensikten med å krympe nanometerprosessen er å pakke flere transistorer inn i en mindre brikke, slik at brikken ikke blir større på grunn av teknologisk forbedring.
Men hvis vi gjør porten mindre, jo raskere vil strømmen flyte mellom kilden og avløpet, desto vanskeligere vil prosessen være.
Brikkefremstillingsprosessen er delt inn i syv hovedproduksjonsområder, som er diffusjon, fotolitografi, etsing, ioneimplantasjon, filmvekst, polering og metallisering. Fotolitografi og etsing er de to kjernetrinnene.
Transistorer er gravert ved litografi og etsing, og litografi skal lage kretsene og funksjonsområdene som kreves for brikkeproduksjon.
Lyset som sendes ut av fotolitografimaskinen brukes til å eksponere arket belagt med fotoresist gjennom en fotomaske med et mønster. Rollen til grafen.
Dette er rollen til litografi, som ligner på å ta bilder med et kamera. Bildet tatt av kameraet skrives ut på negativet, og litografien skriver ikke ut bildet, men kretsskjemaet og andre elektroniske komponenter.
Etsing er prosessen med å selektivt fjerne uønsket materiale fra overflaten av en silisiumplate ved hjelp av kjemiske eller fysiske metoder. I den vanlige wafer-behandlingsstrømmen er etseprosessen lokalisert etter fotolitografiprosessen, og det mønstrede fotoresistlaget vil ikke bli vesentlig erodert av korrosjonskilden under etsingen, for å fullføre prosesstrinnet med mønsteroverføring. Etseprosessen er et nøkkeltrinn i replikering av maskemønstre.
bilde
Blant dem er materialet involvert fotoresist. Vi må vite at kretsdesignet først er skrevet på fotomasken med laser, og deretter blir lyskilden bestrålt gjennom masken til overflaten av silisiumplaten med fotoresist, noe som forårsaker eksponeringsområdet. Fotoresisten har en kjemisk effekt, og deretter det eksponerte eller ueksponerte området løses opp og fjernes ved å utvikle teknologi, slik at kretsmønsteret på masken overføres til fotoresisten, og til slutt overføres mønsteret til silisiumplaten ved etseteknologi.
Fotolitografi er delt inn i to grunnleggende prosesser, positiv fotolitografi og negativ fotolitografi, i henhold til forskjellen mellom positiv og negativ fotolitografi. Ved positiv fotolitografi blir strukturen til den eksponerte delen av den positive resisten ødelagt og vasket bort av løsemidlet, slik at mønsteret på fotoresisten er det samme som mønsteret på masken.
Omvendt, i negativ-tone litografi, stivner den eksponerte delen av negativresisten og blir uløselig, og maskedelen vaskes bort av løsningsmidlet, noe som gjør mønsteret på fotoresisten det motsatte av mønsteret på masken.
Vi kan ganske enkelt forklare dette trinnet fra et mikronivå.
En ferdiglaget fotoresistplate er dekket på waferen (eller silisiumplaten) belagt med fotoresist, og deretter bestråles waferen med ultrafiolette stråler i en viss tidsperiode gjennom fotoresistplaten. Prinsippet er å bruke ultrafiolette stråler for å degradere deler av fotoresisten og gjøre den lett å korrodere.
Oppløsende fotoresist: Fotoresisten som eksponeres for ultrafiolett lys i fotolitografiprosessen løses opp, og mønsteret som er igjen etter fjerning stemmer overens med det på masken.
"Etsing" betyr at etter fotolitografi blir den forringede delen av fotoresisten (positiv resist) etset bort med en etseløsning, og overflaten av waferen viser mønsteret til halvlederanordningen og dens forbindelse. Bruk deretter en annen etseløsning for å etse waferen for å danne halvlederenheter og deres kretser.
Fjerning av fotoresist: Etter at etsingen er fullført, erklæres oppdraget til fotoresisten fullført, og det utformede kretsmønsteret kan sees etter all fjerning.
Mer enn 10 milliarder transistorer er blitt skåret ut på denne måten, og transistorer brukes i en lang rekke digitale og analoge funksjoner, inkludert forsterkning, svitsjing, spenningsregulering, signalmodulasjon og oscillatorer.
Flere transistorer kan øke dataeffektiviteten til prosessoren; dessuten kan reduksjon av størrelsen også redusere strømforbruket; til slutt, etter at brikken er redusert i størrelse, er det lettere å koble den til en mobilenhet for å møte behovene til fremtidig tynning og letting.
Image Chip Transistor Tverrsnitt
Etter 3nm er strømtransistorene ikke lenger egnet, og halvlederindustrien utvikler for tiden nanosheet-FET-er (GAA FET-er) og nanotråd-FET-er (MBCFET-er), som anses som veien videre for dagens finFET-er.
Samsung satser på GAA gate-around transistorteknologi, som TSMC ennå ikke har gitt ut spesifikke prosessdetaljer. Samsung annonserte først GAA surround gate-transistoren i 2019. I følge Samsungs offisielle uttalelse, basert på den nye GAA-transistorstrukturen, produserte Samsung MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, multi-bridge-channel field effect transistor) ved å bruke nanosheet-enheter. ), som kan forbedre transistorytelsen betydelig og erstatte FinFET-transistorteknologi.
bilde
I tillegg er MBCFET-teknologi også kompatibel med eksisterende FinFET-produksjonsprosessteknologi og utstyr, og akselererer dermed prosessutvikling og produksjon.
2
