امروزه با بهبود مستمر فرآیند ساخت تراشه، می توان بیش از 10 میلیارد ترانزیستور در تراشه وجود داشته باشد. این همه ترانزیستور چگونه نصب می شود؟
1
وقتی تراشه به طور مداوم بزرگ می شود، مانند یک شهر بزرگ در داخل به نظر می رسد.
این یک عکس SEM از بالا به پایین است. ساختار لایه ای داخل CPU را به وضوح می بینید. عرض خط با پایین آمدن و نزدیکتر به لایه دستگاه باریکتر می شود.
این یک نمای مقطعی از CPU است. شما می توانید ساختار لایه لایه CPU را به وضوح ببینید. تراشه به صورت لایه ای مرتب شده است. این سی پی یو حدود 10 لایه دارد. پایین ترین لایه لایه دستگاه است که ترانزیستور ماسفت است.
هنگامی که لوله Mos در تراشه بزرگ می شود، یک ساختار سه بعدی مانند یک "سکو" دیده می شود. ترانزیستور فاقد اندوکتانس، مقاومت یا سایر وسایلی است که مستعد تولید گرما هستند. لایه بالایی یک الکترود کم مقاومت است که توسط یک عایق از سکوی زیر جدا می شود. به طور کلی از پلی سیلیکون نوع P یا N به عنوان ماده اولیه برای دروازه استفاده می کند و عایق زیر دی اکسید سیلیکون است.
دو طرف سکو با افزودن ناخالصی ها منبع و زهکش هستند و می توان موقعیت آنها را تعویض کرد. فاصله بین این دو کانال است و این فاصله است که مشخصه های تراشه را تعیین می کند.
البته ترانزیستورهای موجود در تراشه فقط لوله های Mos نیستند، بلکه ترانزیستورهای تری گیت نیز هستند. ترانزیستورها نصب نمی شوند، اما در طول ساخت تراشه حکاکی می شوند.
هنگام طراحی یک تراشه، طراح تراشه از ابزارهای EDA برای برنامه ریزی چیدمان تراشه و سپس مسیریابی و مسیریابی استفاده می کند.
اگر روی مدار دروازه طراحی شده زوم کنیم، نقاط سفید زیرلایه و برخی از حاشیه های سبز لایه های دوپ شده هستند.
ریخته گری ویفر بر اساس طرح فیزیکی طراحی شده توسط طراح تراشه تولید می شود.
دو گرایش در تولید تراشه وجود دارد. یکی این است که ویفرها بزرگتر و بزرگتر می شوند، به طوری که می توان تراشه های بیشتری را برای صرفه جویی در کارایی برید. مورد دیگر فرآیند تولید تراشه است. مفهوم فرآیند ساخت در واقع اندازه گیت است که می توان آن را در ساختار ترانزیستوری نیز نامید که جریان از منبع به درن جریان دارد و گیت (Gate) معادل یک گیت است که عمدتاً وظیفه آن را بر عهده دارد. کنترل روشن و خاموش شدن منبع و تخلیه در هر دو انتها.
جریان از بین خواهد رفت و عرض دروازه تعیین کننده تلفات هنگام عبور جریان است که در تولید گرما و مصرف برق رایج تلفن های همراه آشکار می شود. هرچه عرض باریکتر باشد مصرف برق کمتر است. حداقل عرض (طول دروازه) دروازه فرآیند ساخت است.
هدف از کوچک کردن فرآیند نانومتری این است که ترانزیستورهای بیشتری را در یک تراشه کوچکتر بسته بندی کنیم تا تراشه به دلیل پیشرفت تکنولوژی بزرگتر نشود.
اما اگر گیت را کوچکتر کنیم، هر چه جریان سریعتر بین منبع و درین جریان یابد، فرآیند دشوارتر خواهد بود.
فرآیند تولید تراشه به هفت حوزه اصلی تولید تقسیم می شود که عبارتند از انتشار، فتولیتوگرافی، اچینگ، کاشت یون، رشد فیلم، پرداخت و متالیزاسیون. فوتولیتوگرافی و اچ دو مرحله اصلی هستند.
ترانزیستورها توسط لیتوگرافی و اچینگ حکاکی می شوند و لیتوگرافی برای ساخت مدارها و نواحی کاربردی مورد نیاز برای تولید تراشه است.
نور ساطع شده توسط دستگاه فوتولیتوگرافی برای نمایاندن ورق پوشش داده شده با نور مقاوم از طریق یک ماسک نوری با الگو استفاده می شود. نقش نمودار
این نقش لیتوگرافی شبیه عکس گرفتن با دوربین است. عکس گرفته شده توسط دوربین روی نگاتیو چاپ می شود و لیتوگرافی عکس را چاپ نمی کند، بلکه نمودار مدار و سایر قطعات الکترونیکی را چاپ می کند.
اچینگ فرآیند حذف انتخابی مواد ناخواسته از سطح ویفر سیلیکونی با استفاده از روش های شیمیایی یا فیزیکی است. در جریان معمول پردازش ویفر، فرآیند اچ پس از فرآیند فوتولیتوگرافی قرار می‌گیرد و لایه مقاوم نوری طرح‌دار به طور قابل‌توجهی توسط منبع خوردگی در حین اچ فرسایش نمی‌یابد تا مرحله فرآیند انتقال الگو تکمیل شود. فرآیند اچ کردن یک مرحله کلیدی در تکرار الگوهای ماسک است.
تصویر
در میان آنها، مواد درگیر نور مقاوم است. باید بدانیم که ابتدا طرح مدار بر روی ماسک نوری توسط لیزر نوشته می شود و سپس منبع نور از طریق ماسک به سطح ویفر سیلیکونی با فوتوریست تابیده می شود و باعث ایجاد ناحیه نوردهی می شود. ناحیه در معرض یا نوردهی نشده با توسعه فناوری حل و حذف می شود، به طوری که الگوی مدار روی ماسک به مقاومت نوری منتقل می شود و در نهایت الگوی با فناوری اچ به ویفر سیلیکونی منتقل می شود.
فتولیتوگرافی با توجه به تفاوت بین فتولیتوگرافی مثبت و منفی به دو فرآیند اساسی تقسیم می شود، فتولیتوگرافی مثبت و فتولیتوگرافی منفی. در فتولیتوگرافی مثبت، ساختار قسمت در معرض رزیست مثبت تخریب شده و توسط حلال شسته می شود، به طوری که الگوی روی فتورزیست همانند الگوی روی ماسک است.
برعکس، در لیتوگرافی با تون نگاتیو، قسمت در معرض نگاتیو مقاومت سخت می‌شود و نامحلول می‌شود، و قسمت ماسک توسط حلال شسته می‌شود و باعث می‌شود که الگوی روی فترزیست برعکس الگوی روی ماسک باشد.
به سادگی می توانیم این مرحله را از سطح خرد توضیح دهیم.
یک صفحه فوتوریست از پیش ساخته شده روی ویفر (یا ویفر سیلیکونی) که با نور مقاوم است پوشانده می شود و سپس ویفر با اشعه ماوراء بنفش برای مدت زمان معینی از طریق صفحه مقاوم نوری تحت تابش قرار می گیرد. اصل این است که از اشعه ماوراء بنفش برای تخریب بخشی از مقاومت نوری و آسان کردن خوردگی آن استفاده شود.
مقاوم در برابر نور انحلال: مقاومت نوری که در فرآیند فوتولیتوگرافی در معرض نور ماوراء بنفش قرار می گیرد، حل می شود و الگوی باقی مانده پس از برداشتن با الگوی روی ماسک مطابقت دارد.
"اچینگ" به این معنی است که پس از فوتولیتوگرافی، قسمت تخریب شده فترزیست (مقاومت مثبت) با محلول اچینگ دور می شود و سطح ویفر الگوی دستگاه نیمه هادی و اتصال آن را نشان می دهد. سپس از محلول اچ دیگری برای حکاکی ویفر استفاده کنید تا دستگاه های نیمه هادی و مدارهای آنها را تشکیل دهید.
حذف فوتوریست: پس از اتمام اچینگ، ماموریت فوتوریست کامل اعلام می شود و پس از حذف کامل، الگوی مدار طراحی شده قابل مشاهده است.
بیش از 10 میلیارد ترانزیستور به این روش حک شده است و ترانزیستورها در طیف گسترده ای از توابع دیجیتال و آنالوگ از جمله تقویت، سوئیچینگ، تنظیم ولتاژ، مدولاسیون سیگنال و نوسان ساز استفاده می شوند.
ترانزیستورهای بیشتر می توانند راندمان محاسباتی پردازنده را افزایش دهند. علاوه بر این، کاهش اندازه می تواند مصرف برق را نیز کاهش دهد. در نهایت، پس از کاهش اندازه تراشه، اتصال آن به یک دستگاه تلفن همراه آسان تر است تا نیازهای نازک شدن و سبک شدن آینده را برآورده کند.
تراشه تصویر مقطع ترانزیستور
پس از 3 نانومتر، ترانزیستورهای فعلی دیگر مناسب نیستند و صنعت نیمه هادی در حال حاضر در حال توسعه FET های نانوصفحه ای (GAA FET) و FET های نانوسیمی (MBCFETs) است که راه رو به جلو برای finFET های امروزی در نظر گرفته می شود.
سامسونگ روی فناوری GAA gate-around ترانزیستور شرط بندی کرده است که TSMC هنوز جزئیات فرآیند خاصی را منتشر نکرده است. سامسونگ برای اولین بار ترانزیستور گیت فراگیر GAA را در سال 2019 معرفی کرد. طبق بیانیه رسمی سامسونگ، بر اساس ساختار جدید ترانزیستور GAA، سامسونگ MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET, multi-bridge-channel effect field transistor) را با استفاده از دستگاه های نانو ورق تولید کرد. ) که می تواند عملکرد ترانزیستور را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و جایگزین فناوری ترانزیستور FinFET شود.
تصویر
علاوه بر این، فناوری MBCFET با فناوری و تجهیزات موجود فرآیند تولید FinFET نیز سازگار است و در نتیجه توسعه و تولید فرآیند را تسریع می‌کند.
2
