Mūsdienās, nepārtraukti uzlabojot mikroshēmu ražošanas procesu, mikroshēmā var būt vairāk nekā 10 miljardi tranzistoru. Kā ir uzstādīti tik daudz tranzistoru?
1
Kad mikroshēma tiek nepārtraukti palielināta, tā iekšpusē izskatās kā milzīga pilsēta.
Šis ir SEM fotoattēls no augšas uz leju. Jūs varat skaidri redzēt slāņveida struktūru CPU iekšpusē. Līnijas platums kļūst šaurāks, ejot uz leju, tuvāk ierīces slānim.
Šis ir CPU šķērsgriezuma skats. Jūs varat skaidri redzēt slāņveida CPU struktūru. Mikroshēma ir sakārtota kārtās. Šim CPU ir aptuveni 10 slāņi. Zemākais slānis ir ierīces slānis, kas ir MOSFET tranzistors.
Kad Mos caurule ir palielināta mikroshēmā, var redzēt trīsdimensiju struktūru, piemēram, "podiumu". Tranzistoram nav induktivitātes, pretestības vai citu ierīču, kurām ir nosliece uz siltuma veidošanos. Augšējais slānis ir zemas pretestības elektrods, kas ir atdalīts no zemāk esošās platformas ar izolatoru. Tas parasti izmanto P-veida vai N-veida polisilīciju kā izejmateriālu vārtiem, un zemāk esošais izolators ir silīcija dioksīds.
Abas platformas puses ir avots un kanalizācija, pievienojot piemaisījumus, un to pozīcijas var mainīt. Attālums starp abiem ir kanāls, un tieši šis attālums nosaka mikroshēmas īpašības.
Protams, tranzistori mikroshēmā ir ne tikai Mos lampas, bet arī trīsvārtu tranzistori. Tranzistori nav uzstādīti, bet iegravēti mikroshēmas izgatavošanas laikā.
Veidojot mikroshēmu, mikroshēmas izstrādātājs izmantos EDA rīkus, lai plānotu mikroshēmas izkārtojumu un pēc tam maršrutētu un maršrutētu.
Ja mēs tuvinām izstrādāto vārtu ķēdi, baltie punkti ir substrāts, un dažas zaļās apmales ir leģētie slāņi.
Vafeļu lietuve tiek ražota saskaņā ar mikroshēmu dizainera izstrādāto fizisko izkārtojumu.
Šķeldu ražošanā ir divas tendences. Viens no tiem ir tas, ka vafeles kļūst arvien lielākas un lielākas, tāpēc, lai taupītu efektivitāti, var izgriezt vairāk mikroshēmu. Otrs ir mikroshēmu ražošanas process. Ražošanas procesa jēdziens patiesībā ir vārtu izmērs, ko var saukt arī par tranzistora struktūrā strāva plūst no avota uz noteku, un vārti (vārti) ir līdzvērtīgi vārtiem, kas galvenokārt ir atbildīgi par avota un notekas ieslēgšanas un izslēgšanas kontrole abos galos.
Strāva tiks zaudēta, un vārtu platums nosaka zaudējumus, kad strāva pāriet, kas izpaužas mobilo tālruņu kopējā siltuma ražošanā un elektroenerģijas patēriņā. Jo šaurāks platums, jo mazāks enerģijas patēriņš. Minimālais vārtu platums (vārtu garums) ir ražošanas process.
Nanometru procesa saraušanas mērķis ir iepakot vairāk tranzistoru mazākā mikroshēmā, lai tehnoloģisko uzlabojumu dēļ mikroshēma nekļūtu lielāka.
Bet, ja mēs padarīsim vārtus mazākus, jo ātrāk strāva plūdīs starp avotu un noteci, jo grūtāks būs process.
Mikroshēmu ražošanas process ir sadalīts septiņās galvenajās ražošanas jomās, kas ir difūzija, fotolitogrāfija, kodināšana, jonu implantācija, plēves augšana, pulēšana un metalizācija. Fotolitogrāfija un kodināšana ir divi galvenie soļi.
Tranzistori tiek iegravēti ar litogrāfiju un kodināšanu, un litogrāfijai ir jāizveido shēmas un funkcionālās zonas, kas nepieciešamas mikroshēmu ražošanai.
Fotolitogrāfijas iekārtas izstarotā gaisma tiek izmantota, lai eksponētu loksni, kas pārklāta ar fotorezistu, izmantojot fotomasku ar zīmējumu. Grafika loma.
Tāda ir litogrāfijas loma, līdzīgi kā fotografējot ar kameru. Kameras uzņemtā fotogrāfija tiek uzdrukāta uz negatīva, un litogrāfija nedrukā fotoattēlu, bet gan shēmas shēmu un citas elektroniskās sastāvdaļas.
Kodināšana ir nevēlama materiāla selektīva noņemšana no silīcija vafeles virsmas, izmantojot ķīmiskas vai fizikālas metodes. Parastā vafeļu apstrādes plūsmā kodināšanas process notiek pēc fotolitogrāfijas procesa, un kodināšanas laikā korozijas avots būtiski nesagrauzīs rakstaino fotorezista slāni, lai pabeigtu raksta pārnešanas procesa posmu. Kodināšanas process ir galvenais solis masku rakstu atkārtošanā.
bilde
Starp tiem izmantotais materiāls ir fotorezists. Mums jāzina, ka shēmas dizains vispirms tiek uzrakstīts uz fotomaskas ar lāzeru, un pēc tam gaismas avots caur masku tiek apstarots uz silīcija vafeles virsmu ar fotorezistu, radot ekspozīcijas laukumu Fotorezistam ir ķīmiska iedarbība, un pēc tam eksponētais vai neeksponētais laukums tiek izšķīdināts un noņemts, izmantojot attīstīšanas tehnoloģiju, tā, ka shēmas raksts uz maskas tiek pārnests uz fotorezistu, un visbeidzot modelis tiek pārnests uz silīcija plāksni, izmantojot kodināšanas tehnoloģiju.
Fotolitogrāfija ir sadalīta divos pamatprocesos, pozitīvā fotolitogrāfijā un negatīvajā fotolitogrāfijā, atkarībā no atšķirības starp pozitīvo un negatīvo fotolitogrāfiju. Pozitīvajā fotolitogrāfijā šķīdinātājs iznīcina un izskalo pozitīvā rezista eksponētās daļas struktūru, tādējādi fotorezista raksts ir tāds pats kā maskas raksts.
Un otrādi, negatīvo toņu litogrāfijā negatīvā pretestības eksponētā daļa sacietē un kļūst nešķīstoša, un maskas daļu nomazgā šķīdinātājs, padarot fotorezista zīmējumu pretēju maskas paraugam.
Mēs varam vienkārši izskaidrot šo soli no mikro līmeņa.
Uz vafeles (vai silīcija plāksnītes), kas pārklāta ar fotorezistu, tiek pārklāta iepriekš sagatavota fotorezista plāksne, un pēc tam vafele noteiktu laiku caur fotorezista plāksni tiek apstarota ar ultravioletajiem stariem. Princips ir izmantot ultravioletos starus, lai degradētu daļu fotorezista un atvieglotu koroziju.
Izšķīdošais fotorezists: fotorezists, kas fotolitogrāfijas procesā ir pakļauts ultravioletajai gaismai, tiek izšķīdināts, un pēc noņemšanas palicis zīmējums atbilst tam, kas ir uz maskas.
"Kodināts" nozīmē, ka pēc fotolitogrāfijas fotorezista (pozitīvā rezistenta) bojātā daļa tiek kodināta ar kodināšanas šķīdumu, un plāksnītes virsmā ir redzams pusvadītāju ierīces un tās savienojuma raksts. Pēc tam izmantojiet citu kodināšanas šķīdumu, lai iegravētu plāksni, lai izveidotu pusvadītāju ierīces un to shēmas.
Fotorezista noņemšana: pēc kodināšanas pabeigšanas fotorezista uzdevums tiek pasludināts par pabeigtu, un pēc visas noņemšanas var redzēt izstrādāto ķēdes modeli.
Šādā veidā ir izgrebti vairāk nekā 10 miljardi tranzistoru, un tranzistori tiek izmantoti visdažādākajās digitālajās un analogajās funkcijās, tostarp pastiprināšanā, komutācijā, sprieguma regulēšanā, signāla modulācijā un oscilatoros.
Vairāk tranzistoru var palielināt procesora skaitļošanas efektivitāti; turklāt izmēra samazināšana var samazināt arī enerģijas patēriņu; visbeidzot, pēc mikroshēmas izmēra samazināšanas to ir vieglāk pievienot mobilajai ierīcei, lai apmierinātu turpmākās retināšanas un izgaismošanas vajadzības.
Attēla mikroshēmas tranzistora šķērsgriezums
Pēc 3 nm pašreizējie tranzistori vairs nav piemēroti, un pusvadītāju nozare pašlaik izstrādā nanosheet FET (GAA FET) un nanovadu FET (MBCFET), kas tiek uzskatīti par mūsdienu finFET virzību.
Samsung liek derības uz GAA gate-around tranzistoru tehnoloģiju, par kuru TSMC vēl nav jāpublicē konkrēta procesa informācija. Samsung pirmo reizi paziņoja par GAA telpisko vārtu tranzistoru 2019. gadā. Saskaņā ar Samsung oficiālo paziņojumu, pamatojoties uz jauno GAA tranzistora struktūru, Samsung ražoja MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, vairāku tiltu kanālu lauka efekta tranzistoru), izmantojot nanosheet ierīces. ), kas var ievērojami uzlabot tranzistora veiktspēju un aizstāt FinFET tranzistoru tehnoloģiju.
bilde
Turklāt MBCFET tehnoloģija ir savietojama arī ar esošo FinFET ražošanas procesa tehnoloģiju un aprīkojumu, tādējādi paātrinot procesa attīstību un ražošanu.
2
