这是Top-downView的SEM照片,您可以清楚地看到CPU内部的分层结构,下行时线宽变窄,而与设备层越近。
这是CPU的剖视图。您可以清楚地看到分层的CPU结构。该芯片采用分层结构。该CPU大约有10层。底层是器件层,即MOSFET晶体管。
Mos管在芯片中放大,可以看到三维结构,例如“讲台”。该晶体管没有电感和电阻,容易产生热量。最上层是低电阻电极,该电极通过绝缘体与下面的平台隔开。它通常由P型或N型多晶硅制成,作为栅极的原材料。下绝缘体是二氧化硅。平台的两侧是添加杂质的源极和漏极,它们的位置可以互换。两者之间的距离就是通道,这个距离决定了芯片的特性。
当然,芯片中的晶体管不仅是Mos管类型,而且还是三栅晶体管。晶体管未安装,但在制造芯片时被雕刻。
在设计芯片时,芯片设计人员将使用EDA工具规划芯片布局,然后对芯片进行布线。
如果我们放大设计的门电路,则白点是衬底,某些绿色边界是掺杂层。
该代工厂基于芯片设计师设计的物理布局。
芯片制造有两种趋势。一是晶圆越来越大,因此可以切割更多芯片以节省效率。另一个是芯片制造过程。制造过程的概念实际上是栅极的尺寸,也可以称为栅极的尺寸。对于栅极长度,在晶体管结构中,电流从源极流到漏极,并且栅极等效于栅极,即主要负责控制两端的源极和漏极的通断。电流将丢失,并且栅极的宽度决定了电流通过时的损耗。它显示了手机的常见发热和功耗。宽度越窄,功耗越低。浇口的最小宽度(浇口长度)是制造过程。缩小纳米制造工艺的意图是,可以在较小的芯片中插入更多的晶体管,以使芯片不会因技术进步而变大。
但是,如果使栅极变化较小,则源极和漏极之间流动的电流越快,该过程就越困难。
芯片制造过程分为七个主要生产领域,即扩散,光刻,蚀刻,离子注入,膜生长,抛光和金属化。光刻和蚀刻是两个核心步骤。
通过光刻和蚀刻来雕刻晶体管。光刻是制造芯片制造所需的电路和功能区域。光刻机发出的光用于通过带有图案的光掩模对涂有光刻胶的片材进行曝光,光致抗蚀剂在曝光后性质会发生变化,从而将光掩模上的图案复制到片材上,因此认为薄片具有电子电路的作用图。这是光刻的作用,类似于相机摄影。相机拍摄的照片被打印在胶片上,而经过蚀刻的不是照片,而是电路图和其他电子组件。
蚀刻是使用化学或物理方法从硅晶片表面选择性去除不需要的材料的过程。在正常的晶圆处理流程中,蚀刻工艺位于光刻工艺之后,并且在蚀刻过程中,图案化的光致抗蚀剂层不会被腐蚀源显着侵蚀,从而完成了图案转印的工艺步骤。蚀刻步骤是复制掩模图案的关键步骤。
其中,涉及的材料是光致抗蚀剂。我们必须知道,电路设计图首先是通过激光写在光掩模板上的,然后光源通过掩模板照射到附着有光致抗蚀剂的硅晶片表面,从而引起曝光区域。在光致抗蚀剂上发生化学作用,然后通过显影技术将曝光区域或未曝光区域溶解并去除,从而将掩模上的电路图转印到光致抗蚀剂上,最后将图案转印到硅晶片上通过使用蚀刻技术。
根据正性光刻胶和负性光刻胶之间的差异,光刻分为两个基本过程:正性光刻和负性光刻。在正性光刻中,正性抗蚀剂的曝光部分的结构被溶剂破坏并洗掉,使得光致抗蚀剂上的图案与掩模版上的图案相同。相反,在负性光刻中,负性抗蚀剂的暴露部分由于硬化而变得不溶,并且掩模部分被溶剂洗掉,使得光致抗蚀剂上的图案与掩模版上的图案相反。
我们可以从微观上简单地解释这一步骤。
用预制的光刻胶板覆盖涂覆有光刻胶的晶片(或硅晶片),然后用紫外光照射晶片一定时间。原理是使用紫外线使光致抗蚀剂的一部分变质并易于腐蚀。
溶解光致抗蚀剂:在光刻过程中,溶解于紫外线下的光致抗蚀剂溶解,去除后残留的图案与掩模上的图案相同。
“蚀刻”是指在光刻之后,用蚀刻溶液(正性抗蚀剂)蚀刻掉光致抗蚀剂的改性部分,并且在晶片表面上显示半导体器件及其连接图案。然后,用另一种蚀刻溶液蚀刻晶片,以形成半导体器件及其电路。
光致抗蚀剂的去除:蚀刻完成后,光致抗蚀剂的作用宣告完成,并且在去除所有光致抗蚀剂后可以看到设计的电路图案。
以这种方式雕刻了超过亿个晶体管。晶体管可用于多种数字和模拟功能,包括放大,开关,电压调节,信号调制和振荡器。
更多的晶体管可以提高处理器的计算效率。此外,减小尺寸还可以减小功耗。最终,在减小芯片尺寸之后,可以更轻松地插入移动设备,以满足未来对更薄,更轻的需求。
芯片晶体管截面
3nm之后,电流晶体管将不再适用。当前,半导体行业正在开发纳米片FET(GAAFET)和纳米线FET(MBCFET),它们被认为是当今finFET的发展方向。
三星押注GAA环绕栅晶体管技术,而台积电(TSMC)尚未宣布其具体工艺细节。三星于年首次发布了GAA环绕栅晶体管。根据三星的官方声明,基于新的GAA晶体管结构,三星通过使用纳米级晶体管制造了MBCFET(多桥沟道FET,多桥沟道场效应晶体管)。芯片设备),该技术可以显着增强晶体管性能,取代FinFET晶体管技术。
此外,MBCFET技术还可以与现有的FinFET制造工艺技术和设备兼容,从而加速了工艺开发和生产。