И их моделирование

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

На протяжении вот уже более трёх десятилетий выполняется эмпирический закон Гордона Мура – число элементов на полупровод-никовом чипе удваивается каждые полтора года. Такими же темпами увеличивается емкость модулей памяти, растёт быстродействие микропроцессоров, улучшаются параметры устройств, использующих полупроводниковую элементную базу. Развитие интегральных микросхем (ИМС), модулей памяти (RAM) и микропроцессоров (CPU) происходит в следующих направлениях:

– уменьшение минимального размера ширины линии/окна, l _min;

– увеличение числа элементов на чип, N _el;

– увеличение ёмкости модулей памяти, N _b;

– увеличение площади чипа, S _ch;

– увеличение диаметра пластин, D _w;

– уменьшение минимальной толщины диэлектрических плёнок, d _min;

– уменьшение глубины залегания p–n- переходов, x _j;

– уменьшение плотности электрически активных дефектов, N _d;

– увеличение числа уровней металлизации N _met.

Тенденции развития ИМС по годам сведены в таблицу.

Параметр
L min, мкм N el, эл./чип N b, бит/чип S ch, мм^2 D w, мм d min, нм X j, нм N d, см^–2 N met DRAM N met CPU	2×10^6 1 M 0.2 1…2	0.5 4×10^7 16 M 0.05	0.25 10^9 256 M 7.3 0.016 2…3	0.13 2×10^10 4 G 4.5 0.012	0.07 4×10^11 64 G 3.5 0.005	0.03 4×10^1^2 640 G 2.5 0.003

Подобное бурное развитие полупроводниковой микро- и наноэлектроники происходит исключительно за счёт разработки новых и совершенствования существующих технологических процессов. Значительную роль при этом играет внедрение моделирования в разработку и проектирование ИМС.

Целью моделирования является сокращение сроков разработки и проектирования ИМС. Внедрение моделирования позволило уменьшить число итераций-коррекций при проектировании ИМС с 3–5 до 2–3 и тем самым сократить срок разработки с 1.5–3 лет до 4–6 месяцев и менее.

Существует несколько уровней моделирования:

1. Функциональное моделирование, целью которого является разра-ботка серии ИМС для разрабатываемой аппаратуры.

2. Схемотехническое моделирование, целью которого является раз-работка принципиальной электрической схемы каждой серии ИМС.

3. Элементное моделирование, целью которого является разработка библиотеки элементов для разрабатываемых ИМС.

4. Топологическое моделирование, целью которого является разра-ботка топологии разрабатываемых ИМС, а также комплекта шаблонов для изготовления ИМС.

5. Физико-технологическое моделирование, целью которого является разработка технологического маршрута изготовления ИМС, а также режимов операций (операционных карт).

Разработка завершается:

– изготовлением опытной партии ИМС;

– измерением параметров ИМС и тестовых структур;

– выявлением ошибок схемы / элементов / топологии / технологии;

– коррекцией схемы / элементов / топологии / технологии;

– изготовлением новой опытной партии с коррекциями;

– передачей разработки в серийное производство.

С увеличением степени интеграции ИМС (N _el) повышается и уровень сложности физико-технологического моделирования. Так, при проектиро-вании БИС с числом элементов на чип N _el» 10⁴ эл./чип использовались 1- и 2-мерные аналитические модели процессов с постоянным коэффициентом диффузии типа SUPREM-II, Техис-1. При проектировании СБИС с числом элементов N _el» 10⁵ эл./чип использовались 1-мерные численные модели типа SUPREM-III, ФАКТ-1, а при проектировании СБИС с числом элементов N _el» 10⁶ эл./чип – 2-мерные численные модели процессов с эффективным коэффициентом диффузии типа BICEPS, Дельта-2. При проектировании современных УБИС с числом элементов N _el³ 10⁷ эл./чип используются 1- и 2-мерные многочастичные численные модели с подвижными межслойными границами, учитывающие взаимодействия между частицами-компонентами (атомами примеси, собственными точечными дефектами и их комплексами) и их диффузию, типа SUPREM-4, TCAD, OLIMP, TITAN, ФАКТ-2, а также 3-мерные модели типа CUSTOM, XMAS, AMPITS-3D, TRIP.

Дата добавления: 2017-02-01