Новости науки 27.01.02. Интегральные схемы с вертикальной компоновкой
транзисторов.
Всем известный закон Мура (постоянное увеличение тактовой частоты
и плотности интеграции транзисторов в схеме), перестанет действовать
через 10-20 лет, если технология создания интегральных схем не претерпит
существенных изменений. Причиной этого являются фундаментальные
физические ограничения - уменьшение размеров структурных элементов
до 10 нм приведет к тому, что в игру вступят квантовые эффекты.
Увеличение размеров микросхем, очевидно, не является решением проблемы
- оно ведет к увеличению времени, требуемого для распространения
электрических импульсов в пределах интегральной схемы.
В Scientific American (январь 2002) была опубликована статья, описывающая
технологию построения интегральных схем с трехмерной компоновкой
транзисторов. Автор статьи - Томас Ли (Thomas Lee) занимался разработкой
микропроцессоров в Analog Devices с 1990, он инженер Стэндфордского
университета и основатель компании Matrix Semiconductor.
Рис.1. Срез микрочипа, созданного посредством технологии с
трехмерной компоновкой транзисторов.
На самом деле, до сих пор все чипы производились по принципу горизонтальной
ориентировки схемы √ словно целые города одноэтажных домов, размеры
и расстояние между которыми уменьшали для достижения большей
плотности населения. Новая технология, патентованная Matrix Semiconductor,
позволяет располагать транзисторы вертикально, формируя трехмерные
массивы транзисторов √ как город, целиком состоящий из небоскребов.
Для внедрения этой технологии, утверждает Ли, на начальных этапах
даже не потребуется создавать новые заводы √ два уже отработанных
индустриальных процесса легко модернизировать для производства трехмерных
чипов. Первый из них, процесс ╚штамповки╩ жидкокристаллических панелей,
заключающийся, вообще говоря, в создании миллионов транзисторов
из тонкой пленки аморфного вещества посредством нагревания сначала
до 400oC для выглаживания поверхности, а потом до 500oС
(на несколько минут), под влиянием чего вещество превращается в
поликристаллический кремний с размером кристаллитов порядка 1 мкм.
Модернизировать эту технологию для производства трехмерных чипов,
по словам Ли, можно просто заменив материал и проводя весь процесс
несколько раз для формирования многослойных устройств.
Другим способом может послужить изобретенная исследовательской
группой IBM в 1980 и отработанная Intel на производстве 80486 процессоров
технология микрохимической полировки (CMP). Для улучшения качества
формируемой структуры при нанесении нескольких слоев металла на
кремниевую подложку компания Intel разработала методику
полировки поверхности подложки с помощью абразивных материалов и
щелочных химикалиев перед нанесением очередного слоя металла, что
позволило существенно уменьшить характерный размер шероховатостей.
Таким образом стало возможным производство семи - и восьмислойных
микросхем, но нет принципиальных препятствий к изготовлению и большего
количество слоев. Используя эту технологию, можно выращивать большое
число слоев поликристаллического кремния на подложке, полируя каждый
из них и нанося следующий.
При модернизации производственного процесса, разумеется, возникнут
сложности: толщина слоя диэлектрика, например, должна быть не более
2 атомов (против двух дюжин допуска стандартного 2D процесса), кроме
того, в чипах с вертикальной компоновкой транзисторов потребуется
перестраивать систему теплоотвода, ведь на высоких тактовых частотах
нагреваются все слои, а отводить тепло из стандартного DIP-корпуса
можно только сверху и снизу.
В Matrix Semiconductor уже изготовлены первые экземпляры логических
устройств и устройств хранения данных. Последние, например, содержат
512x106 ячеек и позволяют переносить высококачественные
звукозаписи длиной около часа или более сотни фотографий с разрешением
порядка миллиона пикселей (около 0.5 Гб информации, короче говоря).
Первые коммерческие образцы, по словам Ли, должны появиться во второй
половине 2002 года, а к 2005-му можно ожидать становление индустрии
производства интегральных схем с вертикальной компоновкой. Изменение
архитектуры микросхем может привести к тому, что закон Мура будет
действовать существенно дольше, чем ожидалось ранее.
|