Оглавление

Учебное пособие для лекционного курса "Проектирование микроэлектронных устройств"..……………………………………………….……………..2

Глава 1. Современная технология и производство микросистем…………………..2

Глава 2. Микросистемы в современной электронике…………………………...12

Глава 3. Маршрут проектирования заказных БИС и микросистем……………….23

Глава 4. Искажения сигналов и шумы в современных БИС …………………...37

Глава 5. Особенности проектирования аналоговых СФ-блоков………………..48

Глава 6. Синхронизация и связность сигналов в микросистемах…………………64

Глава 7. Моделирование аналого-цифровых систем с использованием языка Verilog-A……………………………………………………………………………73

Глава 8. Защита микросхем от электростатического разряда…………………..83

Глава 9. Тепловые процессы в ИМС……………………………………………...90

Глава 10. Обеспечение надежности микросистем ……………………………….99

Глава 11. Основы теории выхода годных……………………………………….105

Глава 12. Организация контроля изделий электронной техники……………...111

Глава 13. Организация испытаний изделий электронной техники …………...116

Глава 14. Конструктивная реализация микросхем ……………………………..122

Глава 15. Организация разработок микросхем в дизайн-центре……………...130

Глава 16. Подготовка производства изделий электронной техники………….139

Учебное пособие для лекционного курса "проектирование микроэлектронных устройств"

Глава 1. Современная технология и производство

Микросистем

Закон Мура в современной микроэлектронике

В 60-е годы ХХ века известный менеджер и теоретик микроэлектроники Гордон Мур сформулировал тенденцию в развитии технологии микросхем в виде эмпирического правила, получившего название "закон Мура". Согласно этому правилу минимальный размер элементов микросхем уменьшается в раз, а число элементов на кристалле увеличивается в 2 раза через каждые 2,5 года. И вот уже 40 лет "закон Мура" выполняется лишь с небольшими отклонениями. Очевидно, что действие "закона Мура" ограничено молекулярными размерами и физическими законами, лежащими в основе технологии и физики полупроводниковых приборов. Однако до настоящего времени полупроводниковая промышленность при подготовке планов развития ориентируется на "закон Мура". Первый согласованный план развития полупроводниковой промышленности был разработан в США и действовал 10 лет с 1990 по 1999г. План получил название "дорожная карта" – NTRS (National Technology Roadmap for Semiconductors). Следующий план разработан уже на срок 15 лет с 2000 до 2014 года и стал международным. К участию в его реализации подключились все страны с развитой полупроводниковой промышленностью. План называется традиционно "дорожная карта" ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors). Рубежи 2014г. соответствуют достижению минимальных размеров элементов 14 – 15 нм.

Согласно "дорожной карте" технологическое оборудование, технологические процессы, физические структуры элементов микросхем разрабатываются для создания нового производства, обеспечивающего уменьшение размеров элементов в раз и увеличение числа элементов вдвое. Технологические маршруты классифицируются по поколениям и унифицируются в одном поколении. "Дорожная карта" позволяет технологам и конструкторам всего мира сосредоточить усилия на создании единственного, полностью совместимого комплекта оборудования и технологического маршрута нового поколения. При этом разработанные и освоенные производственные процессы в дальнейшем серьёзно не изменяются. Например, производства, разработанные для минимальных размеров 0,6 – 0,8 мкм и использующие пластины диаметром 150 мм, не переходят на пластины 200 мм. Производственные участки, работающие с размерами 0,35 – 0,18 мкм, используют в основном пластины диаметром 200 мм. Выбор диаметра пластин определяется стоимостью их обработки в полупроводниковом производстве, которая в 2 – 4 раза превышает стоимость пластин. С увеличением размеров полупроводниковых пластин их стоимость увеличивается быстрее, чем площадь. Поэтому, существует оптимальный размер пластин, обеспечивающий минимальную стоимость производимых микросхем.

Развитие элементной базы БИС

Двадцать пять лет назад в микросхемах использовались только биполярные транзисторы. Ограничения на мощность электронной аппаратуры привели к появлению КМОП приборов. Сейчас актуально стоит вопрос: чем можно будет заменить КМОП-транзисторы в постоянной гонке за быстродействие и миниатюризацию электронной аппаратуры.

Для МОП-транзистора физический предел длины затвора лежит в области 10 нм, а технологический – в области 15 нм. Сейчас в производстве осваиваются микросхемы с длиной затвора 60 нм. Размеры элементов менее 60 нм получают с использованием электронно-лучевой литографии. Этот размер считается пределом оптической литографии. В лабораторных условиях получены МОП-транзисторы и устройства на их основе с длиной затвора до 8 нм, т.е. уже получены микросхемы на пределе физических ограничений.

Актуально стоит вопрос и о замене кремниевой электроники за пределами действия "закона Мура". Очевидно, что электроника разделится на ряд технологически независимых направлений. Уже сейчас формируются следующие направления:

• функциональная электроника, включающая микромеханику, оптоэлектронику, акустоэлектронику, магнитоэлектронику и т.д.;

• традиционная схемотехническая электроника на основе широкозонных полупроводников, позволяющая использовать приборы с размерами 2 – 4 нм;

• квантовая электроника, использующая в основе вычислений квантовые взаимодействия между атомами. Уже создан прототип квантового компьютера.