Saat ini, dengan perbaikan terus-menerus dari proses pembuatan chip, terdapat lebih dari 10 miliar transistor di dalam chip. Bagaimana begitu banyak transistor dipasang?
1
Ketika chip terus diperbesar, terlihat seperti kota besar di dalamnya.
Ini adalah foto SEM Tampilan Top-down. Anda dapat dengan jelas melihat struktur berlapis di dalam CPU. Lebar garis menjadi lebih sempit saat Anda turun, lebih dekat ke lapisan perangkat.
Ini adalah tampilan cross-sectional dari CPU. Anda dapat dengan jelas melihat struktur CPU berlapis. Chip tersebut disusun berlapis-lapis. CPU ini memiliki sekitar 10 lapisan. Lapisan paling bawah adalah lapisan perangkat, yaitu transistor MOSFET.
Saat tabung Mos diperbesar di dalam chip, struktur tiga dimensi seperti "podium" dapat terlihat. Transistor tidak memiliki induktansi, resistansi, atau perangkat lain yang rentan terhadap panas. Lapisan atas adalah elektroda dengan resistansi rendah, yang dipisahkan dari platform di bawahnya oleh isolator. Biasanya menggunakan polisilikon tipe-P atau tipe-N sebagai bahan baku gerbang, dan isolator di bawahnya adalah silikon dioksida.
Kedua sisi platform adalah sumber dan saluran pembuangan dengan menambahkan kotoran, dan posisinya dapat dipertukarkan. Jarak antara keduanya adalah saluran, dan jarak inilah yang menentukan karakteristik chip.
Tentu saja, transistor dalam chip tidak hanya tabung Mo, tetapi juga transistor tri-gerbang. Transistor tidak dipasang, tetapi diukir selama pembuatan chip.
Saat mendesain sebuah chip, perancang chip akan menggunakan alat EDA untuk merencanakan tata letak chip, lalu merutekan dan merutekan.
Jika kita memperbesar sirkuit gerbang yang dirancang, titik putih adalah substratnya, dan beberapa batas hijau adalah lapisan yang diolah.
Pengecoran wafer diproduksi sesuai dengan tata letak fisik yang dirancang oleh perancang chip.
Ada dua tren dalam pembuatan chip. Salah satunya adalah wafer semakin besar dan besar, sehingga lebih banyak chip dapat dipotong untuk menghemat efisiensi. Yang lainnya adalah proses pembuatan chip. Konsep proses pembuatannya sebenarnya adalah ukuran gerbang, yang juga bisa disebut Dalam struktur transistor, arus mengalir dari Sumber ke Pembuangan, dan Gerbang (Gerbang) setara dengan gerbang, yang terutama bertanggung jawab untuk mengendalikan on-off dari sumber dan tiriskan di kedua ujungnya.
Arus akan hilang, dan lebar gerbang menentukan kerugian saat arus lewat, yang dimanifestasikan dalam pembangkitan panas umum dan konsumsi daya ponsel. Semakin sempit lebarnya, semakin rendah konsumsi dayanya. Lebar minimum (panjang gerbang) gerbang adalah proses pembuatannya.
Tujuan proses mengecilkan nanometer adalah untuk mengemas lebih banyak transistor ke dalam chip yang lebih kecil, sehingga chip tidak menjadi lebih besar karena peningkatan teknologi.
Tetapi jika kita membuat gerbang lebih kecil, semakin cepat arus mengalir antara sumber dan saluran, semakin sulit prosesnya.
Proses pembuatan chip dibagi menjadi tujuh area produksi utama, yaitu difusi, fotolitografi, etsa, implantasi ion, pertumbuhan film, pemolesan, dan metalisasi. Fotolitografi dan etsa adalah dua langkah inti.
Transistor diukir dengan litografi dan etsa, dan litografi digunakan untuk membuat sirkuit dan area fungsional yang diperlukan untuk produksi chip.
Cahaya yang dipancarkan oleh mesin fotolitografi digunakan untuk mengekspos lembaran yang dilapisi dengan photoresist melalui photomask dengan pola. Peran grafik.
Inilah peran litografi, mirip dengan pengambilan gambar dengan kamera. Foto yang diambil oleh kamera dicetak pada negatif, dan litografi tidak mencetak foto, tetapi diagram sirkuit dan komponen elektronik lainnya.
Etsa adalah proses menghilangkan bahan yang tidak diinginkan secara selektif dari permukaan wafer silikon menggunakan metode kimia atau fisik. Dalam aliran pemrosesan wafer biasa, proses etsa terletak setelah proses fotolitografi, dan lapisan fotoresis berpola tidak akan terkikis secara signifikan oleh sumber korosi selama etsa, sehingga dapat menyelesaikan langkah proses transfer pola. Proses etsa adalah langkah kunci dalam mereplikasi pola topeng.
gambar
Diantaranya, bahan yang terlibat adalah photoresist. Perlu kita ketahui bahwa desain sirkuit pertama kali ditulis pada photomask dengan laser, kemudian sumber cahaya disinari melalui mask ke permukaan wafer silikon dengan photoresist, menyebabkan area paparan photoresist memiliki efek kimiawi, dan kemudian area yang terbuka atau tidak terpapar dilarutkan dan dihilangkan dengan teknologi yang sedang berkembang, sehingga pola sirkuit pada topeng dipindahkan ke photoresist, dan akhirnya pola tersebut dipindahkan ke wafer silikon dengan teknologi etsa.
Fotolitografi dibagi menjadi dua proses dasar, fotolitografi positif dan fotolitografi negatif, sesuai dengan perbedaan antara fotolitografi positif dan negatif. Pada fotolitografi positif, struktur bagian resistan positif yang terbuka dihancurkan dan dihanyutkan oleh pelarut, sehingga pola pada fotoresis sama dengan pola pada topeng.
Sebaliknya, dalam litografi nada negatif, bagian resistan negatif yang terbuka mengeras dan menjadi tidak larut, dan bagian topeng tersapu oleh pelarut, membuat pola pada photoresist berlawanan dengan pola pada topeng.
Kami hanya dapat menjelaskan langkah ini dari tingkat mikro.
Pelat photoresist pra-dibuat ditutupi pada wafer (atau wafer silikon) yang dilapisi dengan photoresist, dan kemudian wafer disinari dengan sinar ultraviolet untuk jangka waktu tertentu melalui pelat photoresist. Prinsipnya adalah menggunakan sinar ultraviolet untuk mendegradasi bagian dari photoresist dan membuatnya mudah terkorosi.
Dissolving photoresist: Photoresist yang terpapar sinar ultraviolet dalam proses fotolitografi dibubarkan, dan pola yang tersisa setelah dilepas konsisten dengan yang ada pada topeng.
"Etsa" berarti bahwa setelah fotolitografi, bagian fotoresis yang rusak (penahan positif) tergores dengan larutan etsa, dan permukaan wafer menunjukkan pola perangkat semikonduktor dan sambungannya. Kemudian gunakan larutan etsa lain untuk mengetsa wafer untuk membentuk perangkat semikonduktor dan sirkuitnya.
Penghapusan photoresist: Setelah etsa selesai, misi photoresist dinyatakan selesai, dan pola sirkuit yang dirancang dapat dilihat setelah semua penghapusan.
Lebih dari 10 miliar transistor telah diukir dengan cara ini, dan transistor digunakan dalam berbagai fungsi digital dan analog, termasuk amplifikasi, switching, pengaturan tegangan, modulasi sinyal, dan osilator.
Lebih banyak transistor dapat meningkatkan efisiensi komputasi prosesor; selain itu, memperkecil ukuran juga dapat mengurangi konsumsi daya; akhirnya, setelah ukuran chip dikurangi, lebih mudah untuk menghubungkannya ke perangkat seluler untuk memenuhi kebutuhan penipisan dan keringanan di masa mendatang.
Gambar Potongan Transistor Chip Gambar
Setelah 3nm, transistor saat ini tidak lagi cocok, dan industri semikonduktor saat ini sedang mengembangkan nanosheet FET (GAA FET) dan nanowire FET (MBCFET), yang dianggap sebagai langkah maju untuk finFET saat ini.
Samsung bertaruh pada teknologi transistor gate-around GAA, yang TSMC belum merilis rincian proses spesifik. Samsung pertama kali mengumumkan transistor gerbang surround GAA pada tahun 2019. Menurut pernyataan resmi Samsung, berdasarkan struktur transistor GAA yang baru, Samsung memproduksi MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, transistor efek medan multi-jembatan-saluran) dengan menggunakan perangkat nanosheet. ), yang secara signifikan dapat meningkatkan kinerja transistor dan menggantikan teknologi transistor FinFET.
gambar
Selain itu, teknologi MBCFET juga kompatibel dengan teknologi dan peralatan proses manufaktur FinFET yang ada, sehingga mempercepat pengembangan dan produksi proses.
2
