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 400^oC для выглаживания поверхности, а потом до 500^oС (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.

перейти к началу страницы