Доп к КНИ КНС (СУЩЕСТВУЮТ ДЛЯ БОРЬБЫ С ПАРАЗИТНЫМИ ЕМКОСТЯМИ) Сращивание пластин (Si и SiO2) – поверхностный слой оксида создается за счет пластины сжимают и отжигают. Управляемый скол (Smart Cut): 2 пластины Одну термически окисляем, затем ионно-имплантируем (технология ионного внедрения) водород. Изза этого в пластине образуется область скола, по которой отделяют оставшегося кремния. Получившуюся пластину лицнвой стороной сращивают со 2й пластиной кремния, после чего первую пластину отделяют В результате образуется кремний со слоем диоксида и тонким поверхностным слоем кремния (то что нужно для КНИ) Тут низкая плотность дефектов КНС: Высокое быстродействие, малая мощность потребления. Изначально способ сопровождался большим количеством дефектов, хоть сапфир Al2O3 и близок кремнию по параметрам решетки, это все таки гетероэпитаксия (рассогласованные постоянные решеток РАЗНЫХ элементов подложки и эпитаксиального слоя) Диэлектрики со сверхмалой диэлектрической проницаемостью Low-k (изоляция между медными и т.п. проводящими пластинами) Необходимы для повышения частотных свойств и снижения потребляемых мощностей. Блоки в ИС связываются контактными проводящими пластинами, расположенными в несколько слоев, лоу-к служит изоляцией между этими слоями, из-за чего образуются своеобразные конденсаторы (паразитные емкости – токи утечки), для снижения их влияния уменьшать размер структуры сложно, а иногда и невозможно, единственным действенным методом является УМЕНЬШЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ самих диэлектриков-изоляторов (емкость уменьшится у конденсаторов). Диоксид кремния легко получается термическим окислением кремния, а так же технологии его нанесения к примеру на проводники и другие структуры чипа (химическое осаждение из паровой фазы – методы нанесения тонких пленок и т.п.) хорошо интегрированы в производство и свойства хорошо изучены, поэтому диэлектрическую проницаемость принята сравнивать с диэлектрической проницаемостью диоксида кремния относительно вакуума (3,9). Известны диэлектрики с более низкой относительной диэлектрической проницаемостью, и они могут быть интегрированы в производство как low-k диэлектрики. Примеры таких структур: Диоксид кремния, легированный фтором (фторированное кварцевое стекло). Такое легирование снижает относительную диэлектрическую проницаемость до 3,5 (в узлах 130-180 нм) Органосиликатное стекло (диоксид кремния, легированный углеродом). Такое легирование снижает одп до 3х и снижает теплопроводность диэлектрика и его плотность (в узлах 90 нм) Пористый диоксид кремния (одп пор примерно 1, следовательно можно серьезно уменьшить одп диоксида, увеличив количество пор, есть информация об одп меньше 2х) Минусами такого диэлектрика является его хрупкая структура, сложности производства. Диэлектрики со сверхвысокой диэлектрической проницаемостью High-k (используются как подзатворные окислы) – производство МОП приборов с одп подзатворного дэ много больше одп диоксида кремния Имеют одп до 2000. Зачем они вообще нужны в качестве подзатворного дэ, есть же диоксид кремния который легко создать на п/п термическим окислением, имеет хорошую адгезию к кремнию, мало дефектов и вообще прекрасный изолятор? ПОТОМУ ЧТО ЗАТРУДНЯЕТСЯ МИНИАТЮРИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ!!! При уменьшении площади транзистора падает емкость затвора, что ограничивает протекающий через него ток. Увеличить эту емкость можно уменьшением толщины подзатворного дэ, но это нерационально т.к: Токи утечки возрастут из-за туннелирования (возникает при достижении 3нм, далее экспоненциально возрастают) Тонкая структура дэ будет сильнее подвержена дефектам, образующимся движущимися горячими носителями структуры Если будем использовать дэ с высокой одп можно использовать более толстый подзатворный дэ, что решит проблему. Нельзя брать дэ со слишком большой одп (более 100), возникают короткоканальные эффекты, т.к. продольное поле может проникнуть от стока через дэ в канал Материалы коммутации в ИМС (алюминий, поликремний, медь) Элементы ИМС соединяются между собой тонкопленочными полупроводниками (в диоксиде крмния протравливаются окна для контактов, напыляется металлизация, после чего фотолитографией и травлением формируется рисунок межсоединений. Между контактом и кремнием должен обеспечиваться ОМИЧЕСКИЙ контакт, для этого материал контакта должен удовлетворять ряду условий, таких как: Низкое удельное сопротивление Хорошая адгезия к кремнию и двуокиси кремния ТКР сравнимый с ТКР кремния Выдерживать высокие плотности тока Механическая прочность и тп Ни один из существующих металлов не может удовлетворять всем этим параметрам. У алюминия низкое удельное сопротивление (порядок 10 в минус шестой). После нанесения алюминиевых контактов производится отжиг, с образованием оксида аллюминия, который улучшает адгезию контакта к двуокиси кремния (это нежелательно, в местах контактных окон удаляют возможные остатки оксида кремния) Алюминий акцептор, как следствие контакт с кремнием p-типа всегда будет омическим. Но при создании контакта к кремнию n-типа может произойти перекомпенсация носителей с последующей инверсией проводимости, образуется p слой на поверхности полупроводника и образуется p-n переход, как следствие для создания омического контакта необходимо, чтобы концентрация акцепторов алюминия была значительно ниже концентрации доноров n-кремния, для этого в процессе создания структуры дополнительно создаётся сильнолегированный скрытый n+ слой. Как материал первого слоя у алюминия есть недостатки: Если p-n переход залегает неглубоко, то при отжиге проникший в структуру алюминий может замкнуть его Подвержен электромиграции (при сильных плотностях тока и малой толщине пленки происходит перенос атомов алюминия, могут возникнуть дефекты). Эти проблемы решаются с помощью поликремниевых контактов, но в СБИС с большой площадью межсоединений он работает плохо, потому что если при уменьшении размеров лэ они работаю быстрее и лучше, то с контактами наоборот: уменьшение поперечного сечения контакта приводит к еще большему увеличению его удельного сопротивления, а так-же расстояния между пластинами контактов уменьшаются, как следствие увеличивается емкость, значительное снижение быстродействия схем. У медных контактов меньшее удельное сопротивление, что устраняет большинство из вышеперечисленных проблем. Элемент и компонент ИС (понятие) ИС-микроэлектронное изделие для преобразования и обработки сигналов, представляет собой электрически соединенные элементы на одном кристалле, представляющие собой единое целове. Элемент ИС – часть схемы, выполняющая функцию любого радиоэлемента, неотделимая от схемы (все элементы изготавливаются на одном кристалле и не отделимы от него), элементы нельзя эксплуатировать/тестировать отдельно от схемы Компонент ИС - та чать ИС, которую можно выделить как единое целое и эксплуатировать/тестировать отдельно 2d и 3d интеграция, степень интеграции Степень интеграции – показатель степени сложности микросхемы характеризующийся количеством элементов ИС. k=lgN, округляется до ближайшего большего целого числа. МИС k=2 (N=100), СИС k=3 (N=1000), БИС k=4 (N=10000), СБИС k>4 (N>10000), УБИС k до 5 (N до 100000) 2d интеграция – планарная (плоская) система на кристалле, при достижении критических минимальных размеров элементов (технологически/физически) дальнейшая миниатюризация не возможна. Решить эту проблему позволяет 3d интеграция. Она основана на объединении в одно устройство частей ИС с разными поараметрами и даже разными технологиями производства. Степень интеграции увеличивается за счет ростаИС «вверх», элементы накладываются друг на друга слоями (соединение слоев между собой). В результате расстояние между элементами ИС значительно уменьшается, как следствие занчительно увеличивается скорость работы, уменьшается энергопотребление, повышается надежность. Технологический процесс усложняется, как следствие высокая стоимость Классификация 3д структур: SiP- система в корпусе представляет многокристальные модули, расположенные друг над другом и организацией межсоединений проволочными выводами. •SoP – система на корпусе представляет многоэтажные корпуса с организацией межсоединений с помощью шариковых выводов (бампов). •TSV- through silicon vias – многокристальные модули с межсоединениями в виде переходных отверстий в материале кристалла. Логические элементы ЛЭ – ИС, выполняющая логические операции со входной информацией. Обеспечивает взаимосвязь между сигналами входа и выхода. Могут быть как автономными частями схемы, так и составными частями более сложной ИС В зависимости от вида используемых сигналов микросхемы с логическимдействием бывают: Потенциальные: данные на входе представляют собой напряжения различных уровней. Высокое напряжение — это логическая единица, означающая истину. Низкое напряжение называется логическим нулем и считается ложным значением. В зависимости от подачи напряжения на входе и выполненной операции на выходе получается истина или ложь. Импульсные: отсутствие импульсов = логический ноль, наличие импульса = логическая единица. Импульсно-потенциальные: Наличие положительного импульса заданной амплитуды означает логическую единицу, его отсутствие — логический ноль. В зависимости от типа используемых материалов выделяют следующие разновидности микросхем: Диодно-резисторная логика. Использование схем, разработанных по этой технологии, возможно только с полупроводниковыми триодами. Для самостоятельного применения этих элементов характерны большие потери. Диодно-транзисторная логика. Операции при этой технологии реализуются посредством диодных цепей, а усиление и инверсия сигнала происходят благодаря транзистору. Резисторно-транзисторная логика. Данный класс чипов базируется на резисторах и биполярных транзисторах. Транзисторно-транзисторная логика. За триодом, выполняющим логическую операцию, подключают выходной инвертор для четкости сигнала на выходе. Топологическая норма: понятие и методы контроля: Топологичекая норма – минимальное расстояние между двумя параллельными линиями на топологии кристалла, которые можно увидеть как отдельно стоящие, это расстояние может быть чем угодно, шириной контакта, расстоянием между элементами, не важно – главное, что это минимальное расстояние. Топологическая норма строго контролируется во время производственного процесса Методы контроля: Пооперационный (замер толщин пленок, глубин пн переходов,поверхностных концентрация и тп) Визуальный (анализ структуру поверхности материала с помощью микроскопа, РЭМ к примеру, поиск дефектов структуры, сколов, царапин и тп) Тестовая ИС (изготавливается по тому же технологическому маршруту, что и будущая ИС, для проведение тестов). Метод сравнения с эталоном
