आजकल, चिप निर्माण प्रक्रिया में निरंतर सुधार के साथ, चिप में 10 बिलियन से अधिक ट्रांजिस्टर हो सकते हैं। इतने सारे ट्रांजिस्टर कैसे लगाए जाते हैं?
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जब चिप को लगातार बड़ा किया जाता है तो यह अंदर से एक विशाल शहर जैसा दिखता है।
यह एक टॉप-डाउन व्यू SEM फोटो है। आप सीपीयू के अंदर स्तरित संरचना को स्पष्ट रूप से देख सकते हैं। जैसे-जैसे आप डिवाइस परत के करीब नीचे जाते हैं, लाइन की चौड़ाई संकरी होती जाती है।
यह सीपीयू का एक क्रॉस-सेक्शनल दृश्य है। आप स्तरित सीपीयू संरचना को स्पष्ट रूप से देख सकते हैं। चिप को परतों में व्यवस्थित किया गया है। इस सीपीयू में लगभग 10 परतें होती हैं। सबसे निचली परत डिवाइस परत है, जो MOSFET ट्रांजिस्टर है।
जब चिप में मॉस ट्यूब को बड़ा किया जाता है, तो "पोडियम" जैसी त्रि-आयामी संरचना देखी जा सकती है। ट्रांजिस्टर में कोई प्रेरकत्व, प्रतिरोध या अन्य उपकरण नहीं हैं जो गर्मी पैदा करने के लिए प्रवण हों। शीर्ष परत एक कम-प्रतिरोध इलेक्ट्रोड है, जिसे एक इन्सुलेटर द्वारा नीचे प्लेटफ़ॉर्म से अलग किया जाता है। यह आमतौर पर गेट के लिए कच्चे माल के रूप में पी-टाइप या एन-टाइप पॉलीसिलिकॉन का उपयोग करता है, और नीचे का इन्सुलेटर सिलिकॉन डाइऑक्साइड है।
प्लेटफ़ॉर्म के दो किनारे अशुद्धियाँ जोड़कर स्रोत और नाली हैं, और उनकी स्थिति को आपस में बदला जा सकता है। दोनों के बीच की दूरी चैनल है, और यही दूरी चिप की विशेषताओं को निर्धारित करती है।
बेशक, चिप में ट्रांजिस्टर न केवल मॉस ट्यूब हैं, बल्कि ट्राई-गेट ट्रांजिस्टर भी हैं। ट्रांजिस्टर स्थापित नहीं हैं, बल्कि चिप निर्माण के दौरान उकेरे गए हैं।
चिप डिज़ाइन करते समय, चिप डिज़ाइनर चिप के लेआउट की योजना बनाने के लिए ईडीए टूल का उपयोग करेगा, और फिर रूट और रूट करेगा।
यदि हम डिज़ाइन किए गए गेट सर्किट पर ज़ूम करते हैं, तो सफेद बिंदु सब्सट्रेट हैं, और कुछ हरे बॉर्डर डोप की गई परतें हैं।
वेफर फाउंड्री का निर्माण चिप डिजाइनर द्वारा डिजाइन किए गए भौतिक लेआउट के अनुसार किया जाता है।
चिप निर्माण में दो रुझान हैं। एक यह है कि वेफर्स बड़े और बड़े होते जा रहे हैं, ताकि दक्षता बचाने के लिए अधिक चिप्स काटे जा सकें। दूसरी चिप निर्माण प्रक्रिया है। विनिर्माण प्रक्रिया की अवधारणा वास्तव में गेट के आकार की है, जिसे ट्रांजिस्टर संरचना में स्रोत से नाली तक प्रवाहित किया जा सकता है, और गेट (गेट) एक गेट के बराबर है, जो मुख्य रूप से जिम्मेदार है दोनों सिरों पर स्रोत और निकास के चालू-बंद को नियंत्रित करना।
करंट नष्ट हो जाएगा, और गेट की चौड़ाई करंट प्रवाहित होने पर होने वाले नुकसान को निर्धारित करती है, जो मोबाइल फोन की सामान्य गर्मी उत्पादन और बिजली की खपत में प्रकट होता है। चौड़ाई जितनी कम होगी, बिजली की खपत उतनी ही कम होगी। गेट की न्यूनतम चौड़ाई (गेट की लंबाई) निर्माण प्रक्रिया है।
नैनोमीटर प्रक्रिया को छोटा करने का उद्देश्य अधिक ट्रांजिस्टर को एक छोटी चिप में पैक करना है, ताकि तकनीकी सुधार के कारण चिप बड़ी न हो जाए।
लेकिन यदि हम गेट को छोटा बनाते हैं, तो स्रोत और नाली के बीच धारा जितनी तेजी से प्रवाहित होगी, प्रक्रिया उतनी ही कठिन होगी।
चिप निर्माण प्रक्रिया को सात प्रमुख उत्पादन क्षेत्रों में विभाजित किया गया है, जो प्रसार, फोटोलिथोग्राफी, नक़्क़ाशी, आयन आरोपण, फिल्म विकास, पॉलिशिंग और धातुकरण हैं। फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी दो मुख्य चरण हैं।
ट्रांजिस्टर को लिथोग्राफी और नक़्क़ाशी द्वारा उत्कीर्ण किया जाता है, और लिथोग्राफी चिप उत्पादन के लिए आवश्यक सर्किट और कार्यात्मक क्षेत्रों को बनाने के लिए है।
फोटोलिथोग्राफी मशीन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का उपयोग फोटोरेसिस्ट से लेपित शीट को एक पैटर्न वाले फोटोमास्क के माध्यम से उजागर करने के लिए किया जाता है। ग्राफ की भूमिका.
यह लिथोग्राफी की भूमिका है, कैमरे से तस्वीरें लेने के समान। कैमरे द्वारा ली गई तस्वीर नकारात्मक पर मुद्रित होती है, और लिथोग्राफी तस्वीर को नहीं, बल्कि सर्किट आरेख और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों को मुद्रित करती है।
नक़्क़ाशी रासायनिक या भौतिक तरीकों का उपयोग करके सिलिकॉन वेफर की सतह से अवांछित सामग्री को चुनिंदा रूप से हटाने की प्रक्रिया है। सामान्य वेफर प्रसंस्करण प्रवाह में, नक़्क़ाशी प्रक्रिया फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया के बाद स्थित होती है, और नक़्क़ाशी के दौरान पैटर्न वाली फोटोरेसिस्ट परत को संक्षारण स्रोत द्वारा महत्वपूर्ण रूप से नष्ट नहीं किया जाएगा, ताकि पैटर्न स्थानांतरण की प्रक्रिया चरण को पूरा किया जा सके। नक़्क़ाशी प्रक्रिया मुखौटा पैटर्न की नकल करने में एक महत्वपूर्ण कदम है।
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उनमें से, शामिल सामग्री फोटोरेसिस्ट है। हमें यह जानने की जरूरत है कि सर्किट डिजाइन पहले लेजर द्वारा फोटोमास्क पर लिखा जाता है, और फिर प्रकाश स्रोत को मास्क के माध्यम से फोटोरेसिस्ट के साथ सिलिकॉन वेफर की सतह पर विकिरणित किया जाता है, जिससे एक्सपोजर क्षेत्र में फोटोरेसिस्ट का रासायनिक प्रभाव पड़ता है, और फिर उजागर या अप्रकाशित क्षेत्र को प्रौद्योगिकी विकसित करके विघटित और हटा दिया जाता है, ताकि मास्क पर सर्किट पैटर्न को फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित कर दिया जाए, और अंत में पैटर्न को नक़्क़ाशी तकनीक द्वारा सिलिकॉन वेफर में स्थानांतरित कर दिया जाए।
सकारात्मक और नकारात्मक फोटोलिथोग्राफी के बीच अंतर के अनुसार फोटोलिथोग्राफी को दो बुनियादी प्रक्रियाओं, सकारात्मक फोटोलिथोग्राफी और नकारात्मक फोटोलिथोग्राफी में विभाजित किया गया है। सकारात्मक फोटोलिथोग्राफी में, सकारात्मक प्रतिरोध के उजागर हिस्से की संरचना को विलायक द्वारा नष्ट कर दिया जाता है और धोया जाता है, ताकि फोटोरेसिस्ट पर पैटर्न मास्क पर पैटर्न के समान हो।
इसके विपरीत, नकारात्मक-टोन लिथोग्राफी में, नकारात्मक प्रतिरोध का खुला भाग कठोर हो जाता है और अघुलनशील हो जाता है, और मुखौटा भाग विलायक द्वारा धोया जाता है, जिससे फोटोरेसिस्ट पर पैटर्न मास्क पर पैटर्न के विपरीत हो जाता है।
हम इस चरण को सूक्ष्म स्तर से आसानी से समझा सकते हैं।
एक पूर्व-निर्मित फोटोरेसिस्ट प्लेट को फोटोरेसिस्ट से लेपित वेफर (या सिलिकॉन वेफर) पर कवर किया जाता है, और फिर वेफर को फोटोरेसिस्ट प्लेट के माध्यम से एक निश्चित अवधि के लिए पराबैंगनी किरणों से विकिरणित किया जाता है। सिद्धांत यह है कि फोटोरेसिस्ट के हिस्से को ख़राब करने और इसे संक्षारित करना आसान बनाने के लिए पराबैंगनी किरणों का उपयोग किया जाए।
घुलने वाला फोटोरेसिस्ट: फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने वाला फोटोरेसिस्ट घुल जाता है, और हटाने के बाद बचा हुआ पैटर्न मास्क पर बने पैटर्न के अनुरूप होता है।
"नक़्क़ाशी" का अर्थ है कि फोटोलिथोग्राफी के बाद, फोटोरेसिस्ट (सकारात्मक प्रतिरोध) का खराब हिस्सा एक नक़्क़ाशी समाधान के साथ खोदा जाता है, और वेफर की सतह अर्धचालक उपकरण और उसके कनेक्शन के पैटर्न को दिखाती है। फिर सेमीकंडक्टर डिवाइस और उनके सर्किट बनाने के लिए वेफर को खोदने के लिए दूसरे नक़्क़ाशी समाधान का उपयोग करें।
फोटोरेसिस्ट को हटाना: नक़्क़ाशी पूरी होने के बाद, फोटोरेसिस्ट का मिशन पूरा घोषित किया जाता है, और डिज़ाइन किए गए सर्किट पैटर्न को सभी हटाने के बाद देखा जा सकता है।
10 बिलियन से अधिक ट्रांजिस्टर इस तरह से बनाए गए हैं, और ट्रांजिस्टर का उपयोग प्रवर्धन, स्विचिंग, वोल्टेज विनियमन, सिग्नल मॉड्यूलेशन और ऑसिलेटर सहित विभिन्न प्रकार के डिजिटल और एनालॉग कार्यों में किया जाता है।
अधिक ट्रांजिस्टर प्रोसेसर की कंप्यूटिंग दक्षता बढ़ा सकते हैं; इसके अलावा, आकार कम करने से बिजली की खपत भी कम हो सकती है; अंततः, चिप का आकार कम हो जाने के बाद, भविष्य में इसे पतला करने और हल्का करने की ज़रूरतों को पूरा करने के लिए इसे मोबाइल डिवाइस में प्लग करना आसान हो जाता है।
छवि चिप ट्रांजिस्टर क्रॉस सेक्शन
3nm के बाद, वर्तमान ट्रांजिस्टर अब उपयुक्त नहीं हैं, और सेमीकंडक्टर उद्योग वर्तमान में नैनोशीट FETs (GAA FETs) और नैनोवायर FETs (MBCFETs) विकसित कर रहा है, जिन्हें आज के finFETs के लिए आगे का रास्ता माना जाता है।
सैमसंग GAA गेट-अराउंड ट्रांजिस्टर तकनीक पर दांव लगा रहा है, जिसके लिए TSMC ने अभी तक विशिष्ट प्रक्रिया विवरण जारी नहीं किया है। सैमसंग ने पहली बार 2019 में GAA सराउंड गेट ट्रांजिस्टर की घोषणा की। सैमसंग के आधिकारिक बयान के अनुसार, नई GAA ट्रांजिस्टर संरचना के आधार पर, सैमसंग ने नैनोशीट उपकरणों का उपयोग करके MBCFET (मल्टी-ब्रिज-चैनल FET, मल्टी-ब्रिज-चैनल फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर) का निर्माण किया। ), जो ट्रांजिस्टर के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है और फिनफेट ट्रांजिस्टर तकनीक को प्रतिस्थापित कर सकता है।
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इसके अलावा, एमबीसीएफईटी तकनीक मौजूदा फिनफेट विनिर्माण प्रक्रिया प्रौद्योगिकी और उपकरणों के साथ भी संगत है, जिससे प्रक्रिया विकास और उत्पादन में तेजी आती है।
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