12.2. Требования к структуре кмоп - микросхем

Технология современных КМОП - микросхем развивается по двум основным направлениям:

• уменьшение геометрических размеров элементов в соответствии с принципом пропорциональной миниатюризации;

• расширение разнообразия полупроводниковых элементов, объединенных в одном кристалле.

Первое направление стимулирует развитие сложной цифровой электроники (микропроцессоры, память). В 2006 г. в производстве осваивались микросхемы с минимальными размерами элементов 65 нм и осуществлялась подготовка производства микросхем с размерами элементов 45 нм.

Второе направление обеспечивает увеличение номенклатуры выпускаемых изделий за счет объединения в одном кристалле разнообразных функциональных блоков: цифровых, аналоговых, оптических, радиотехнических и др.

Уменьшение размеров элементов обеспечивает увеличение быстродействия, повышение плотности размещения транзисторов на кристалле и соответствующее увеличение степени интеграции, снижение потребления электроэнергии на выполнение вычислений. Однако каждый шаг по уменьшению размеров элементов требует усложнения физической структуры. Так, уменьшение длины затвора МОП - транзистора требует уменьшения толщины подзатворного диэлектрика и улучшения его однородности и дефектности. Сближение p–n - переходов усиливает тиристорный эффект и утечки через подложку. Повышение плотности тока в транзисторе требует снижения сопротивлений омических контактов. Увеличение плотности размещения элементов диктует необходимость увеличения числа уровней электрических соединений. С уменьшением размеров меняются и проектные нормы на размещение элементов физической структуры. Так ограничены не только минимальные, но и максимальные размеры (ширина затвора, расстояния между контактами заземления и питания, зазоры изоляции)

В табл. 12.1 приведены основные параметры КМОП - структур для разных минимальных размеров элементов.

Таблица 12.1

Параметры кмоп - структур

Параметр КМОП - структур	Минимальный размер элементов
Длина затвора, мкм	0,5	0,35	0,25	0,18	0,13
Напряжение питания, В	5,0	3,3	2,5	1,8	1,2
Задержка инвертора, пс	140	70	40	25	15
Минимальный размер контакта, мкм	0,7	0,5	0,4	0,3	0,2
Ширина проводников, мкм	0,8	0,6	0,45	0,35	0,25
Число уровней металлизации	3	4	5	6	7

Увеличение числа типов полупроводниковых приборов, изготавливаемых в едином технологическом маршруте в составе одного кремниевого кристалла, дает возможность объединения в интегральные микросистемы сложных устройств, ранее создававшихся только на печатных платах. Интеграция в микросистемы позволяет улучшить почти все основные показатели изделия: стоимость, надежность, быстродействие, габариты и др. Конструирование многоприборных структур является не только технологической, но и сложной физической задачей.