В настоящее время, благодаря постоянному совершенствованию процесса производства микросхем, в микросхеме может быть более 10 миллиардов транзисторов. Как установлено столько транзисторов?
1
Когда чип постоянно увеличивается, внутри он выглядит как огромный город.
Это фотография SEM, вид сверху вниз. Вы можете ясно видеть многоуровневую структуру внутри процессора. Ширина линии становится уже по мере продвижения вниз, ближе к слою устройства.
Это вид процессора в разрезе. Вы можете ясно видеть многоуровневую структуру ЦП. Чип расположен слоями. Этот процессор имеет около 10 слоев. Самый нижний уровень — это уровень устройства, который представляет собой полевой МОП-транзистор.
При увеличении трубки Моса в чипе видна трехмерная структура типа «подиума». Транзистор не имеет индуктивности, сопротивления или других элементов, склонных к выделению тепла. Верхний слой представляет собой низкоомный электрод, который отделен от нижней платформы изолятором. Обычно в качестве сырья для затвора используется поликремний P-типа или N-типа, а изолятором ниже является диоксид кремния.
Две стороны платформы являются источником и стоком за счет добавления примесей, и их положения можно менять местами. Расстояние между ними и есть канал, и именно это расстояние определяет характеристики микросхемы.
Конечно, транзисторы в микросхеме - это не только трубки Моса, но и транзисторы с тремя затворами. Транзисторы не устанавливаются, а гравируются при изготовлении чипа.
При разработке чипа разработчик чипа будет использовать инструменты EDA для планирования компоновки чипа, а затем маршрутизации и маршрутизации.
Если мы увеличим масштаб разработанной схемы затвора, белые точки — это подложка, а некоторые зеленые границы — это легированные слои.
Литейный цех пластин изготавливается в соответствии с физической схемой, разработанной разработчиком чипа.
В производстве чипов есть две тенденции. Во-первых, пластины становятся все больше и больше, так что можно вырезать больше чипов для сохранения эффективности. Другой процесс производства чипов. Понятие производственного процесса на самом деле представляет собой размер затвора, который также можно назвать В транзисторной структуре ток течет от Истока к Стоку, а Затвор (Gate) эквивалентен затвору, который в основном отвечает за управление включением-выключением источника и стока на обоих концах.
Ток будет теряться, а ширина затвора определяет потери при прохождении тока, что проявляется в общем тепловыделении и энергопотреблении мобильных телефонов. Чем уже ширина, тем ниже энергопотребление. Минимальная ширина (длина ворот) ворот устанавливается в процессе изготовления.
Цель сокращения нанометрового процесса состоит в том, чтобы упаковать больше транзисторов в меньший чип, чтобы чип не стал больше из-за технологических улучшений.
Но если мы сделаем затвор меньше, чем быстрее будет течь ток между истоком и стоком, тем сложнее будет процесс.
Процесс производства чипов разделен на семь основных производственных областей: диффузия, фотолитография, травление, ионная имплантация, выращивание пленки, полировка и металлизация. Фотолитография и травление являются двумя основными этапами.
Транзисторы гравируются литографией и травлением, а литография предназначена для изготовления схем и функциональных зон, необходимых для производства микросхем.
Свет, излучаемый фотолитографической машиной, используется для экспонирования листа, покрытого фоторезистом, через фотошаблон с рисунком. Роль графика.
Это роль литографии, подобная съемке фотоаппаратом. Фотография, сделанная камерой, печатается на негативе, а литография печатает не фотографию, а принципиальную схему и другие электронные компоненты.
Травление — это процесс выборочного удаления нежелательного материала с поверхности кремниевой пластины химическими или физическими методами. В обычном потоке обработки пластин процесс травления располагается после процесса фотолитографии, и слой фоторезиста с рисунком не подвергается значительной эрозии источником коррозии во время травления, чтобы завершить этап процесса переноса рисунка. Процесс травления является ключевым этапом в воспроизведении рисунков маски.
картина
Среди них используется фоторезист. Нам нужно знать, что схема сначала пишется на фотомаске лазером, а затем источник света облучается через маску на поверхность кремниевой пластины с фоторезистом, вызывая экспонирование области. Фоторезист оказывает химическое воздействие, а затем экспонированная или неэкспонированная область растворяется и удаляется с помощью развивающейся технологии, так что рисунок схемы на маске переносится на фоторезист, и, наконец, рисунок переносится на кремниевую пластину с помощью технологии травления.
Фотолитография делится на два основных процесса: позитивная фотолитография и негативная фотолитография, в соответствии с разницей между позитивной и негативной фотолитографией. При позитивной фотолитографии структура экспонированной части позитивного резиста разрушается и вымывается растворителем, так что рисунок на фоторезисте совпадает с рисунком на маске.
И наоборот, при литографии с отрицательным тоном открытая часть негативного резиста затвердевает и становится нерастворимой, а часть маски смывается растворителем, в результате чего рисунок на фоторезисте становится противоположным рисунку на маске.
Мы можем просто объяснить этот шаг на микроуровне.
На пластину (или кремниевую пластину), покрытую фоторезистом, наносится предварительно изготовленная пластина фоторезиста, а затем пластина облучается ультрафиолетовыми лучами в течение определенного периода времени через пластину фоторезиста. Принцип заключается в использовании ультрафиолетовых лучей для разрушения части фоторезиста и облегчения его коррозии.
Растворение фоторезиста: Фоторезист, подвергнутый воздействию ультрафиолетового света в процессе фотолитографии, растворяется, а рисунок, остающийся после удаления, соответствует рисунку на маске.
«Травление» означает, что после фотолитографии испорченная часть фоторезиста (позитивного резиста) стравливается травильным раствором, и на поверхности пластины появляется рисунок полупроводникового прибора и его соединения. Затем используйте другой раствор для травления, чтобы вытравить пластину для формирования полупроводниковых устройств и их схем.
Удаление фоторезиста: После завершения травления миссия фоторезиста считается выполненной, и после всего удаления можно увидеть спроектированный рисунок схемы.
Таким образом было вырезано более 10 миллиардов транзисторов, и транзисторы используются в самых разных цифровых и аналоговых функциях, включая усиление, переключение, регулирование напряжения, модуляцию сигнала и генераторы.
Больше транзисторов может повысить вычислительную эффективность процессора; кроме того, уменьшение размера также может снизить энергопотребление; наконец, после того, как чип уменьшится в размерах, его будет проще подключить к мобильному устройству, чтобы удовлетворить потребности будущего утончения и облегчения.
Поперечное сечение транзистора чипа изображения
После 3 нм текущие транзисторы больше не подходят, и полупроводниковая промышленность в настоящее время разрабатывает нанолистовые полевые транзисторы (GAA FET) и нанопроволочные полевые транзисторы (MBCFET), которые считаются перспективой для современных finFET.
Samsung делает ставку на транзисторную технологию с затвором GAA, о которой TSMC еще не сообщила. Samsung впервые анонсировала транзистор с объемным затвором GAA в 2019 году. Согласно официальному заявлению Samsung, на основе новой структуры транзистора GAA компания Samsung произвела MBCFET (многомостовой полевой транзистор, полевой транзистор с несколькими мостовыми каналами) с использованием нанолистовых устройств. ), которые могут значительно повысить производительность транзисторов и заменить технологию транзисторов FinFET.
картина
Кроме того, технология MBCFET также совместима с существующими производственными процессами и оборудованием FinFET, что ускоряет разработку процессов и производство.
2
