|
|
их перенос на подложку, и методы, обеспечивающие изменение структуры или состава подложки по этим рисункам (рис.).
С помощью планарпой технологии можно одновременно формировать па подложке 10я≈10й транзисторов и осуществлять многостадийные процессы, а благодаря атому создавать И, с. со сложной структурой. Таковы, напр., микропроцессор ≈ центр, часть ЭВМ, выполненная в одной или песк. И. с.; вапоминающое устройство, содержащее св. 105 ячеек памяти, и т. д.
На одной подложке обычно формируется множество И. с. Затем она разделяется на отд. кристаллики ≈ «чипы» (англ. chip ≈ отбитый кусок). Чип ≈ это И. с. без корпуса и внеш. выводов. Его масса 0,5≈50 мг, объ╦м 0,2 ≈ 50 мм3, Т. о., на каждый мма чина и на каждый мг его массы приходится 104 транзисторов. После установки чипа в корпус яти характеристики снижаются в сотни раз {из-за сравнительно больших габаритов и массы корпуса). Но чип может устанавливаться и без корпуса в аппаратуру и даже в организм человека (вжииляемьте кристаллы). С 80-х гг. интенсивно развивается технология твердотельных И. с. на целых пластинах.
Гибридная технология объединяет принципы пла-нарной технологии, с помощью к-рой предварительно формируются микроприборы, и пл╦ночной технологий, средствами к-рой формируются пассивные элементы (сопротивления, конденсаторы, индуктивности) и сеть внутр. связей. В качестве подложки гибридной И. с., иа'к-рон устанавливаются бескориусные чипы, используется диэлектрик, иногда металл или полупроводник, защищ╦нные диэлектпич. слоем. Пл╦ночная технология реализует принцип печатного монтажа в миниатюрном интегральном исполнении. Она расширяет диапазон параметров и повышает точность изготовления пассивных элементов. Поэтому она служит важным дополнением Планерной технологии.
Степень интеграции. Важнейшая характеристика И. с.≈ степень интеграции, т. е. число активных элементов (для определ╦нности ≈ транзисторов) в одной И. с. По этому показателю И. с. классифицируются на малые'(МИС), содержащие до 26 транзисторов, средние (СИС} ≈ до 210, большие (БИС) ≈ до 21Й и сверхбольшие (СБИС) ≈ 220 транзисторов. Для более высокой степени интеграции предложен термин «ультрабис». Но в действительности более сложные твердотельные структуры представляют не И. с,, а интегральные системы.
Максимально возможная (при данном уровне технологии) степень интеграции определяется прежде всего мин. шириной линий рисунка И. с., ограниченной возможностью микролитографии. В совр. И. с. это 2≈3 мкм, а в нек-рых И. с. достигается 1 мкм, В структурах, полученных с помощью острофокусированных электронных и ионных пучков, сформированы линии шириной до 2 нм. Оптимальный предел 0,1≈0,2 мкм. Для его реализации необходимы коротковолновая фотолитография, рентгене-литографии, электронная и ионная микро-литография.
Кроме ширины линии, существенна максимально возможная площадь чипа, к-рая определяется качеством подложек и совершенством пленарной технологии. Важную роль играет обеспеченно над╦жности ≈ резервирование, самодиагностика и саморсмонт. Оки позволяют создавать устройства на частично дефектных и не вполне над╦жных элементах. Предельная степень интеграции пластины ≈ системы порядка 10°.
Степень интеграции можно увеличить последовательным формированием в одной И. с. носк. активных слоев (транзисторы и свнзи), раздел╦нных диэлектрич. слоями. При этом для каждого активного слоя Si наносится в виде тонкой поликристаллич. пл╦нки и подвергается рекристаллизациояному отжигу. Тр╦хмерная интеграция позволяет повысить степень интеграции еще на 1≈2 порядка.
Степень интеграции и функциональные возможности И. с. ограничены сложностью их внутр. организации и потребляемой мощностью. Пленарный принцип синтеза ограничивает число внутр. связей между элементами И. с. Это ограничение влияет на «архитектуру» интегральных устройств. Напр., в едином устройстве можно осуществить только простейшие системы. В более сложных случаях требуется иерархи?, организация структуры (в случае ЭВМ ≈ многопроцессорная система с распре; дел╦нной памятью).
Локальная плотность потребляемой мощности, несмотря на низкое энергопотребление каждого транзистора, велика (иногда превышает плотность мощности на поверхности Солнца). Кроме того, при высоких плотностях тока из-за нестабильности тонкопл╦ночцых проводников происходит увлечение ионов металла электронами или электрическим полем. Наиб, экономичны И. с. па парах МОП-транзисторов, почти не потребляющие мощности между циклами переключения, а также на МДП-транзисторах с двухслойным диэлектриком {металл ≈ нитрид ≈ оксид ≈ полупроводник), с плавающим затвором н др., х-рые не потребляют мощности в режиме хранения информации,
Развитие интегральной электроники. Уже первые МИС изменили принцип проектирования радиоэлектронной аппаратуры, особенно ЭВМ. Вместо конструирования устройств, измерения характеристик приборов н их взаимного согласования синтез стал осуществляться на логич. уровне. Согласование характеристик транзисторов перешло к технологии. Поскольку И. с. (независимо от степени интеграции) стоят примерно столько же, сколько транзисторы домикроэлектронного периода, то стоимость ЭВМ снижается (в среднем) пропорц. степени интеграции.
Однако в МИС интеграция распространилась в основном на цифровые логич. схемы. Практически все МИС выполнялись на основе биполярных транзисторов (см. Транзистор). С переходом к БИС (60≈70-е гг.) доминирующее место Заняли полевые транзисторы с МДП-структурой. Они потребляют меньше энергии на каждый бит перерабатываемой информации и обладают более простой структурой, что позволило создать интегральные запоминающие устройства.
Переход от БИС к СБИС (2-я пол. 70-х гг.) прив╦л к созданию 8-, 16- и 32-разрядных микропроцессоров и И. с. с ╦мкостью памяти 10*≈10е бит. Выпускаются также БИС и СБИС для управления автомобильными двигателями, телевизорами (неск. кристаллов заменяют всю низковольтную аппаратуру телепри╦мника) и т. д. Интенсивно развиваются аналоговые и цифроаналого-вые БИС и СБИС, а также интегральная схемотехника СБЧ-динпазона. И. с. позволяют упростить и усовершенствовать и механич. системы (печатающие устройства, швейные машины, фотоаппараты и др.)) в к-рых большинство механич. узлов, выполняющих управляю-пше ф-ции, могут быть заменены на БИС или СБИС.
Проектирование самих И. с. стало осуществляться с помощью систем автоматич. проектирования (САПР), позволяющих формировать СБИС для конкретной задачи из базовых кристаллов, «библиотек» стандартных элементов, а также спец* сети внутр. связей. Кроме того, СБИС дают возможность создавать персональные ЭВМ, СБИС ≈ одновременно и почти готовое вычислит, устройство, и элемент многопроцессорной ЭВМ, позволяющей достичь производительности в 1U10≈1U11 операций в 1 с и осуществлять моделирование физ. явлении.
Лит.: Дорфмзн Г>. Ф_, Твердотельные интегральные структуры и их синтез, М., 19HI; М у р о г а С., Системное проектирование сверхбольших интегральных схрм, пер. с англ., г. 1≈2, ╧,, 1985; см, также лит. при ст. Микроэлектроника.
В. ∙ !>. Дорфмгт.
ИНТЕГРАЛЬНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ≈ преобразование вида
ш О
а т
155
