Ngày nay, với sự cải tiến liên tục của quy trình sản xuất chip, có thể có hơn 10 tỷ bóng bán dẫn trong chip. Làm thế nào được rất nhiều bóng bán dẫn được cài đặt?
1
Khi con chip liên tục được mở rộng, nó trông giống như một thành phố khổng lồ bên trong.
Đây là ảnh SEM ở chế độ xem từ trên xuống. Bạn có thể thấy rõ cấu trúc phân lớp bên trong CPU. Độ rộng của đường kẻ trở nên hẹp hơn khi bạn đi xuống, gần lớp thiết bị hơn.
Đây là một mặt cắt ngang của CPU. Bạn có thể thấy rõ cấu trúc phân lớp của CPU. Chip được sắp xếp theo lớp. CPU này có khoảng 10 lớp. Lớp thấp nhất là lớp thiết bị, là bóng bán dẫn MOSFET.
Khi ống Mos được phóng to trong chip, có thể nhìn thấy cấu trúc ba chiều giống như một "bục giảng". Bóng bán dẫn không có điện cảm, điện trở hoặc các thiết bị khác dễ sinh nhiệt. Lớp trên cùng là một điện cực có điện trở thấp, được ngăn cách với nền bên dưới bằng một chất cách điện. Nó thường sử dụng polysilicon loại P hoặc loại N làm nguyên liệu thô cho cổng và chất cách điện bên dưới là silicon dioxide.
Hai mặt của nền tảng là nguồn và cống bằng cách thêm tạp chất và vị trí của chúng có thể được hoán đổi cho nhau. Khoảng cách giữa hai kênh là kênh và chính khoảng cách này xác định các đặc tính của chip.
Tất nhiên, bóng bán dẫn trong chip không chỉ là ống Mos mà còn là bóng bán dẫn ba cổng. Các bóng bán dẫn không được lắp đặt mà được khắc trong quá trình sản xuất chip.
Khi thiết kế chip, nhà thiết kế chip sẽ sử dụng các công cụ EDA để lên kế hoạch bố trí chip, sau đó định tuyến và định tuyến.
Nếu chúng ta phóng to mạch cổng được thiết kế, các chấm trắng là chất nền và một số đường viền màu xanh lá cây là các lớp pha tạp.
Xưởng đúc wafer được sản xuất theo bố cục vật lý do nhà thiết kế chip thiết kế.
Có hai xu hướng trong sản xuất chip. Một là các tấm wafer ngày càng lớn hơn để có thể cắt bỏ nhiều chip hơn nhằm tiết kiệm hiệu quả. Cái còn lại là quy trình sản xuất chip. Khái niệm về quy trình sản xuất thực chất là kích thước của cổng, còn có thể được gọi là Trong cấu trúc bóng bán dẫn, dòng điện chạy từ Nguồn đến Cống và Cổng (Cổng) tương đương với cổng, chịu trách nhiệm chính cho điều khiển bật-tắt nguồn và cống ở cả hai đầu.
Dòng điện sẽ bị mất và độ rộng của cổng xác định sự mất mát khi dòng điện chạy qua, điều này được biểu hiện trong quá trình sinh nhiệt và tiêu thụ điện năng phổ biến của điện thoại di động. Chiều rộng càng hẹp, mức tiêu thụ điện năng càng thấp. Chiều rộng tối thiểu (chiều dài cổng) của cổng là quá trình sản xuất.
Mục đích của việc thu nhỏ quy trình nanomet là để đóng gói nhiều bóng bán dẫn hơn vào một con chip nhỏ hơn, nhờ đó con chip sẽ không trở nên lớn hơn do cải tiến công nghệ.
Nhưng nếu chúng ta làm cho cổng nhỏ hơn, dòng điện sẽ chạy giữa nguồn và cống càng nhanh, quá trình sẽ càng khó khăn hơn.
Quy trình sản xuất chip được chia thành bảy lĩnh vực sản xuất chính, đó là khuếch tán, quang khắc, khắc, cấy ion, tăng trưởng màng, đánh bóng và kim loại hóa. Photolithography và khắc là hai bước cốt lõi.
Các bóng bán dẫn được khắc bằng kỹ thuật khắc và khắc, và kỹ thuật in thạch bản là để tạo ra các mạch và khu vực chức năng cần thiết cho quá trình sản xuất chip.
Ánh sáng phát ra từ máy quang khắc được sử dụng để phơi bày tấm được phủ chất cản quang thông qua mặt nạ quang có hoa văn. Vai trò của đồ thị.
Đây là vai trò của in thạch bản, tương tự như chụp ảnh bằng máy ảnh. Ảnh do máy ảnh chụp được in trên bản âm bản và in thạch bản không in ảnh mà in sơ đồ mạch và các linh kiện điện tử khác.
Khắc là quá trình loại bỏ có chọn lọc vật liệu không mong muốn khỏi bề mặt của tấm bán dẫn silicon bằng phương pháp hóa học hoặc vật lý. Trong quy trình xử lý wafer thông thường, quy trình khắc được đặt sau quy trình quang khắc và lớp cản quang có hoa văn sẽ không bị xói mòn đáng kể bởi nguồn ăn mòn trong quá trình khắc, để hoàn thành bước quy trình chuyển mẫu. Quá trình khắc là một bước quan trọng trong việc sao chép các mẫu mặt nạ.
hình ảnh
Trong số đó, vật liệu liên quan là chất cản quang. Chúng ta cần biết rằng thiết kế mạch trước tiên được viết trên mặt nạ quang bằng tia laser, sau đó nguồn sáng được chiếu qua mặt nạ đến bề mặt của tấm wafer silicon có chất cản quang, khiến vùng tiếp xúc với chất cản quang có tác dụng hóa học, sau đó khu vực tiếp xúc hoặc không tiếp xúc được hòa tan và loại bỏ bằng công nghệ đang phát triển, sao cho mẫu mạch trên mặt nạ được chuyển đến chất cản quang, và cuối cùng mẫu được chuyển sang tấm wafer silicon bằng công nghệ khắc.
Quang khắc được chia thành hai quy trình cơ bản, quang khắc dương và quang khắc âm, theo sự khác biệt giữa quang khắc dương và âm. Trong quang khắc dương, cấu trúc của phần tiếp xúc với điện trở dương bị dung môi phá hủy và rửa trôi, do đó hoa văn trên chất cản quang giống với hoa văn trên mặt nạ.
Ngược lại, trong kỹ thuật in thạch bản tông màu âm, phần tiếp xúc của điện trở âm cứng lại và trở nên không hòa tan, và phần mặt nạ bị dung môi rửa trôi, làm cho hoa văn trên chất cản quang đối lập với hoa văn trên mặt nạ.
Chúng ta có thể giải thích đơn giản bước này từ cấp độ vi mô.
Một tấm cản quang làm sẵn được phủ trên tấm wafer (hoặc wafer silicon) được phủ chất cản quang, sau đó tấm wafer được chiếu tia cực tím trong một khoảng thời gian nhất định thông qua tấm cản quang. Nguyên tắc là sử dụng tia cực tím để làm suy giảm một phần chất cản quang và khiến nó dễ bị ăn mòn.
Hòa tan chất cản quang: Chất cản quang tiếp xúc với ánh sáng cực tím trong quá trình quang khắc bị hòa tan và mẫu còn lại sau khi loại bỏ phù hợp với mẫu trên mặt nạ.
"Etching" có nghĩa là sau khi quang khắc, phần đã xuống cấp của chất cản quang (điện trở dương) được ăn mòn bằng dung dịch ăn mòn và bề mặt của tấm wafer hiển thị kiểu của thiết bị bán dẫn và kết nối của nó. Sau đó, sử dụng một giải pháp khắc khác để khắc tấm wafer để tạo thành các thiết bị bán dẫn và mạch của chúng.
Loại bỏ chất cản quang: Sau khi hoàn thành quá trình khắc, nhiệm vụ của chất cản quang được tuyên bố là hoàn thành và có thể nhìn thấy mẫu mạch được thiết kế sau khi loại bỏ tất cả.
Hơn 10 tỷ bóng bán dẫn đã được chạm khắc theo cách này và bóng bán dẫn được sử dụng trong rất nhiều chức năng kỹ thuật số và tương tự, bao gồm khuếch đại, chuyển mạch, điều chỉnh điện áp, điều chế tín hiệu và bộ tạo dao động.
Nhiều bóng bán dẫn hơn có thể tăng hiệu quả tính toán của bộ xử lý; hơn nữa, giảm kích thước cũng có thể giảm tiêu thụ điện năng; cuối cùng, sau khi con chip được giảm kích thước, việc cắm nó vào thiết bị di động sẽ dễ dàng hơn để đáp ứng nhu cầu mỏng và nhẹ trong tương lai.
Mặt cắt ngang của bóng bán dẫn hình ảnh
Sau 3nm, các bóng bán dẫn hiện tại không còn phù hợp nữa và ngành công nghiệp bán dẫn hiện đang phát triển FET tấm nano (GAA FET) và FET dây nano (MBCFET), được coi là con đường phía trước cho finFET ngày nay.
Samsung đang đặt cược vào công nghệ bóng bán dẫn cổng GAA mà TSMC vẫn chưa công bố chi tiết quy trình cụ thể. Samsung lần đầu tiên công bố bóng bán dẫn cổng vòm GAA vào năm 2019. Theo tuyên bố chính thức của Samsung, dựa trên cấu trúc bóng bán dẫn GAA mới, Samsung đã sản xuất MBCFET (FET đa cầu kênh, bóng bán dẫn hiệu ứng trường đa kênh) bằng cách sử dụng các thiết bị nanosheet. ), có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của bóng bán dẫn và thay thế công nghệ bóng bán dẫn FinFET.
hình ảnh
Ngoài ra, công nghệ MBCFET cũng tương thích với công nghệ và thiết bị quy trình sản xuất FinFET hiện có, do đó đẩy nhanh quá trình phát triển và sản xuất quy trình.
2
