في الوقت الحاضر ، مع التحسين المستمر لعملية تصنيع الرقائق ، يمكن أن يكون هناك أكثر من 10 مليار ترانزستور في الرقاقة. كيف يتم تركيب الكثير من الترانزستورات؟
1
عندما يتم تكبير الشريحة باستمرار ، فإنها تبدو وكأنها مدينة ضخمة في الداخل.
هذه صورة SEM من أعلى لأسفل. يمكنك أن ترى بوضوح هيكل الطبقات داخل وحدة المعالجة المركزية. يصبح عرض الخط أضيق كلما تقدمت لأسفل ، وأقرب إلى طبقة الجهاز.
هذه طريقة عرض مقطعية لوحدة المعالجة المركزية. يمكنك أن ترى بوضوح بنية وحدة المعالجة المركزية ذات الطبقات. الرقاقة مرتبة في طبقات. تحتوي وحدة المعالجة المركزية هذه على حوالي 10 طبقات. الطبقة الدنيا هي طبقة الجهاز ، وهي ترانزستور MOSFET.
عندما يتم تكبير أنبوب Mos في الرقاقة ، يمكن رؤية هيكل ثلاثي الأبعاد مثل "المنصة". لا يحتوي الترانزستور على محاثة أو مقاومة أو أجهزة أخرى عرضة لتوليد الحرارة. الطبقة العليا عبارة عن قطب كهربائي منخفض المقاومة ، يتم فصله عن المنصة السفلية بواسطة عازل. يستخدم بشكل عام polysilicon من النوع P أو N كمواد خام للبوابة ، والعازل أدناه هو ثاني أكسيد السيليكون.
وجهي المنصة هما المصدر والصرف بإضافة الشوائب ، ويمكن تبديل أوضاعهما. المسافة بين الاثنين هي القناة ، وهذه المسافة هي التي تحدد خصائص الشريحة.
بالطبع ، فإن الترانزستورات الموجودة في الشريحة ليست فقط أنابيب موس ، ولكن أيضًا ترانزستورات ثلاثية البوابات. لم يتم تركيب الترانزستورات ، ولكن يتم نقشها أثناء تصنيع الرقائق.
عند تصميم شريحة ، سيستخدم مصمم الشرائح أدوات EDA لتخطيط تخطيط الشريحة ، ثم التوجيه والمسار.
إذا قمنا بتكبير دائرة البوابة المصممة ، فإن النقاط البيضاء هي الركيزة ، وبعض الحدود الخضراء هي الطبقات المخدرة.
تم تصنيع مسبك بسكويت الويفر وفقًا للتخطيط المادي الذي صممه مصمم الرقائق.
هناك اتجاهان في تصنيع الرقائق. أحدها هو أن الرقاقات تكبر وأكبر ، بحيث يمكن قطع المزيد من الرقائق لتوفير الكفاءة. والآخر هو عملية تصنيع الرقائق. مفهوم عملية التصنيع هو في الواقع حجم البوابة ، والتي يمكن تسميتها أيضًا في هيكل الترانزستور ، يتدفق التيار من المصدر إلى الصرف ، والبوابة (البوابة) تعادل البوابة ، وهي المسؤولة بشكل أساسي عن التحكم في فتح وإغلاق المصدر والتصريف من كلا الطرفين.
سيضيع التيار ، ويحدد عرض البوابة الخسارة عند مرور التيار ، والتي تتجلى في توليد الحرارة المشترك واستهلاك الطاقة للهواتف المحمولة. كلما كان العرض أضيق ، قل استهلاك الطاقة. الحد الأدنى لعرض (طول البوابة) للبوابة هو عملية التصنيع.
الغرض من تقليص عملية النانومتر هو تجميع المزيد من الترانزستورات في شريحة أصغر ، بحيث لا تصبح الشريحة أكبر بسبب التحسن التكنولوجي.
ولكن إذا جعلنا البوابة أصغر حجمًا ، فكلما زادت سرعة تدفق التيار بين المصدر والصرف ، زادت صعوبة العملية.
تنقسم عملية تصنيع الرقائق إلى سبعة مجالات إنتاج رئيسية ، وهي الانتشار ، والطباعة الحجرية الضوئية ، والحفر ، وزرع الأيونات ، ونمو الأفلام ، والتلميع ، والتعدين. تعد الطباعة الحجرية الضوئية والحفر خطوتين أساسيتين.
يتم نقش الترانزستورات عن طريق الطباعة الحجرية والحفر ، والطباعة الحجرية هي صنع الدوائر والمجالات الوظيفية المطلوبة لإنتاج الرقائق.
يستخدم الضوء المنبعث من آلة الطباعة الليثوغرافية لفضح الصفيحة المطلية بمقاوم للضوء من خلال قناع ضوئي بنمط. دور الرسم البياني.
هذا هو دور الطباعة الحجرية ، على غرار التقاط الصور بالكاميرا. تتم طباعة الصورة التي التقطتها الكاميرا على الصورة السلبية ، والطباعة الحجرية لا تطبع الصورة ، ولكن مخطط الدائرة والمكونات الإلكترونية الأخرى.
النقش هو عملية إزالة انتقائية للمواد غير المرغوب فيها من سطح رقاقة السيليكون باستخدام طرق كيميائية أو فيزيائية. في تدفق معالجة الرقاقة المعتاد ، تقع عملية النقش بعد عملية الطباعة الحجرية الضوئية ، ولن تتآكل الطبقة المقاومة للضوء المنقوشة بشكل كبير بواسطة مصدر التآكل أثناء الحفر ، وذلك لإكمال خطوة العملية لنقل النمط. تعتبر عملية النقش خطوة أساسية في تكرار أنماط القناع.
صورة
من بينها ، المواد المستخدمة هي مقاومة للضوء. نحتاج إلى معرفة أن تصميم الدائرة يتم كتابته أولاً على القناع الضوئي بواسطة الليزر ، ثم يتم تشعيع مصدر الضوء من خلال القناع إلى سطح رقاقة السيليكون بمقاوم الضوء ، مما يتسبب في منطقة التعريض. يتم إذابة المنطقة المكشوفة أو غير المكشوفة وإزالتها من خلال تطوير التكنولوجيا ، بحيث يتم نقل نمط الدائرة على القناع إلى مقاوم الضوء ، وفي النهاية يتم نقل النمط إلى رقاقة السيليكون عن طريق تقنية الحفر.
تنقسم الليثوغرافيا الضوئية إلى عمليتين أساسيتين ، الليثوغرافيا الضوئية الإيجابية والطباعة الليثوغرافية الضوئية السلبية ، وفقًا للاختلاف بين الليثوغرافيا الضوئية الموجبة والسالبة. في الليثوغرافيا الضوئية الإيجابية ، يتم تدمير بنية الجزء المكشوف من المقاومة الإيجابية وغسلها بواسطة المذيب ، بحيث يكون النمط الموجود على مقاوم الضوء هو نفسه النمط الموجود على القناع.
على العكس من ذلك ، في الطباعة الحجرية ذات الدرجة السالبة ، يتصلب الجزء المكشوف من المقاومة السلبية ويصبح غير قابل للذوبان ، ويتم غسل جزء القناع بواسطة المذيب ، مما يجعل النمط الموجود على مقاوم الضوء عكس النمط الموجود على القناع.
يمكننا ببساطة شرح هذه الخطوة من المستوى الجزئي.
يتم تغطية لوحة مقاومة للضوء مسبقة الصنع على الرقاقة (أو رقاقة السيليكون) مغطاة بمقاوم للضوء ، ثم يتم تشعيع الرقاقة بالأشعة فوق البنفسجية لفترة زمنية معينة من خلال لوحة مقاومة الضوء. المبدأ هو استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتحطيم جزء من المقاوم للضوء وتسهيل التآكل.
مقاوم الضوء المذاب: يتم إذابة مقاوم الضوء الذي يتعرض للأشعة فوق البنفسجية في عملية الطباعة الحجرية الضوئية ، ويتوافق النمط المتبقي بعد الإزالة مع النمط الموجود على القناع.
يعني "النقش" أنه بعد الطباعة الحجرية الضوئية ، يتم حفر الجزء المتدهور من المقاوم للضوء (المقاومة الإيجابية) بمحلول النقش ، ويظهر سطح الرقاقة نمط جهاز أشباه الموصلات واتصاله. ثم استخدم حل حفر آخر لحفر الرقاقة لتشكيل أجهزة أشباه الموصلات ودوائرها.
إزالة مقاوم الضوء: بعد اكتمال الحفر ، يتم الإعلان عن اكتمال مهمة مقاوم الضوء ، ويمكن رؤية نمط الدائرة المصممة بعد الإزالة.
تم نحت أكثر من 10 مليارات ترانزستور بهذه الطريقة ، وتُستخدم الترانزستورات في مجموعة متنوعة من الوظائف الرقمية والتناظرية ، بما في ذلك التضخيم والتبديل وتنظيم الجهد وتعديل الإشارة والمذبذبات.
المزيد من الترانزستورات يمكن أن تزيد من كفاءة الحوسبة للمعالج ؛ علاوة على ذلك ، يمكن أن يؤدي تقليل الحجم أيضًا إلى تقليل استهلاك الطاقة ؛ أخيرًا ، بعد أن يتم تقليل حجم الشريحة ، يكون من الأسهل توصيلها بجهاز محمول لتلبية احتياجات التخفيف والتفتيح في المستقبل.
صورة المقطع العرضي الترانزستور رقاقة
بعد 3 نانومتر ، لم تعد الترانزستورات الحالية مناسبة ، وتقوم صناعة أشباه الموصلات حاليًا بتطوير الصفائح النانوية FETs (GAA FETs) والأسلاك النانوية FETs (MBCFETs) ، والتي تعتبر الطريق إلى الأمام بالنسبة إلى finFETs اليوم.
تراهن Samsung على تقنية الترانزستور GAA حول البوابة ، والتي لم تصدر TSMC بعد تفاصيل عملية محددة. أعلنت شركة Samsung لأول مرة عن ترانزستور البوابة المحيطية GAA في عام 2019. وفقًا لبيان رسمي لشركة Samsung ، استنادًا إلى هيكل الترانزستور GAA الجديد ، قامت Samsung بتصنيع MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET ، ترانزستور تأثير المجال متعدد الجسور) باستخدام أجهزة الصفائح النانوية. ) ، والتي يمكن أن تعزز أداء الترانزستور بشكل كبير وتحل محل تقنية الترانزستور FinFET.
صورة
بالإضافة إلى ذلك ، تتوافق تقنية MBCFET أيضًا مع تكنولوجيا ومعدات عملية التصنيع الحالية FinFET ، وبالتالي تسريع تطوير العملية والإنتاج.
2
