100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
При производстве монолитных ПС СВЧ и КВЧ диапазонов в основном используется арсенид галлия — материал существенно более дорогой, чем кремний. В связи с этим большой интерес представляет возможность работы на эпитаксиальных пленках арсенида галлия, выращенных на кремниевых подложках. Технология таких ИС включает в себя многократные процессы послойного выращивания тонких (до 20* 10 ~4...30» 10 4 нм) пленок двойных и тройных полупроводниковых соединений типа АЮаАз, 1пОаА8. АПпАб, 1пР, ОаР и т.п.
Требования малых пролетных времен, малых значений емкостей приводят нас к субмикронным топологическим нормам. В результате оптические методы фотолитографии могут обеспечить только диапазон частот 10...20 ГГц. Получение МТР порядка 0,25 мкм, необходимого для работы на частотах 60 ГГц и выше, требует электронно-лучевой или рентгеновской литографии.
Фидерные устройства в СВЧ и КВЧ ИС выполняются в виде линий: несимметричных полосковых, щелевых, копланарных вол-новодных.
Можно видеть, что, несмотря на относительно низкие уровни интеграции (десятки активных элементов), монолитные интегральные схемы СВЧ и КВЧ диапазонов представляют собой сложные радиотехнические устройства, проектирование которых связано с реализацией электродинамических и радиотехнических характеристик средствами наивысших достижений полупроводниковой технологии.
346
Я. А. Федотов
Функциональная электроника - альтернатива схемотехнике
Как уже было отмечено, расширение функциональных возможностей электронной аппаратуры осуществляется традиционно на базе синтезирования этих процессов из простейших элементарных функций булевой алгебры. Увеличение числа ячеек при последовательном (побитовом) принципе прохождения информации неизбежно требует повышения быстродействия активных элементов, т.е. перезаряда тех или иных емкостей за более короткие интервалы времени. В то же время повышение степени интеграции приводит к уменьшению сечения токоведущих дорожек (ТВД), что в свою очередь может привести к существенному повышению плотности тока перезаряда. Известно, что плотность тока в элементах структуры интегральных схем (ТВД, металлизация "пальцев" в структурах интегральных СВЧ транзисторов и т.п.) не должна превышать 105 А/см2. При большей плотности тока существенно интенсифицируются процессы электропереноса (электромиграции), приводящие к разрушению и обрывам металлизации.
По ряду прогнозов выход интегральной электроники в область субмикронных размеров резко отрицательно скажется на проблеме надежности, в частности надежности межячеечных соединений в ИС высоких уровней интеграции. Таким образом, надежность из фактора, стимулирующего повышение степени интеграции, превращается в фактор, скорее ограничивающий этот процесс. И связано это с межсоединениями.
Где-то на грани перехода к субмикронной технологии (между ТУ5 и ТУ6, см. табл.) начинают отказывать и экономические факторы.
Это определяется серьезными ужесточениями требований к качеству материала, чистоте производственных помещений (переход от класса 100 к классу 10 и даже классу 1), к сложности используемого оборудования. Иллюстрацией последнего положения может служить тот факт, что электронно-лучевая литография имеет в 10... 15 раз более низкую производительность по сравнению с фотолитографическими процессами, а размеры амортизационных отчислений при эксплуатации электронно-лучевых литографических установок оказываются в 1000 раз выше. Таким образом объясняется тенденция сохранить электронно-лучевую технологию только для изготовления эталонных образцов фотошаблонов, с которых снимаются рабочие копии, используемые в фотолитографических процессах. Поэтому и в США (программа Зеп^есп), и в Европейском сообществе (программа ДЕББ!) значительные средства затрачиваются на то, чтобы поднять разрешающую способность фотолитографических процессов до уровня 0,25...0,3 мкм, что обеспе-
Интегральная электроника
347
чит выход в производстве на ТУ8, соответствующий емкости ДОЗУ в 64 М и степени интеграции до 140 млн. транзисторов на кристалл несколько увеличенных размеров.
Нельзя не отметить, что увеличение площади кристалла также связано с серьезными трудностями. Разрешающая способность оптики должна равномерно распределяться по всей площади изображения, но она падает по мере удаления от центра к краям изображения. Выход из положения за счет монтажа изображения на поверхности кристалла возможен, но потребует высокой точности совмещения фрагментов при монтаже, с одной стороны, и при последовательных фотолитографических операциях, с другой. Число же таких операций уже сегодня насчитывает от 12... 15 для относительно простых ИС до 20...22 для ТУ6, ТУ7.
С ростом площади кристалла в ходе многочисленных технологических операций увеличивается вероятность поражения кристалла дефектом. Резко возрастают процент брака и себестоимость кристалла.
Так обстоит дело с экономическими показателями при высоких уровнях интеграции, соответствующих технологическим уровням ТУ6 — ТУ8.
При увеличении степени интеграции в субмикронной области МТР возникают сложности с быстродействием: паразитные параметры межсоединений, ограничивающие быстродействие, оказываются инвариантными к скейлингу. Это объясняется тем, что доминирующее значение приобретают боковые емкости между соседними ТВД и при увеличении площади кристалла увеличивается длина межсоединений. Если учесть, что межсоединения занимают до 80% площади кристалла, то складывающуюся при высоких уровнях интеграции ситуацию вполне можно назвать "тиранией межсоединений ".
