Тривимірні інтегральні схеми
Створення субсистем на цілій кременевій пластині
Замовлені (спеціалізовані) БІС
Окремим архітектурним типом є повністю замовлені логічні БІС. Спеціалізація таких систем може бути така, що при їх розробці неможливо використовувати бібліотеку стандартних осередків. Типовішим випадком є необхідність проектування повністю нової схеми. При цьому без використовування бібліотеки осередків площа кристалів може бути зменшена на 30-40 %. Тираж таких схем повинен бути не менше 100 тыс.шт. Прогнози показують, що в майбутньому більше 50 % будуть напівзамовлені і замовлені схеми.
Подальшим розвитком ідей виготовлення напівзамовлених БІС на матрицях логічних елементів або бібліотеках стандартних осередків є пропозиція про створення субсистеми на цілій кремнієвій пластині. Технічна доцільність пошуку такої технології витікає з необхідності скорочення довжини зв'язків між осередками або блоками системи. Виготовлення такої гігантської БІС (ГБІС) на кремнієвій пластині в субсистему є максимально складною метою, що досягається на сучасній технологічній базі. Така схема або кристал може містити близько 107-108 логічних елементів. Вважаючи, що площа кристала сучасної БІС 50 мм2, вірогідність виходу годних виробів для таких БІС складає не більше 0,1. Тому для вказаних ГБІС вірогідність виходу годних виробів має неприпустимо мале значення менше 10-200.
Слід вказати декілька способів подолання бар'єрів так малого виходу годних ГБІС:
1. Різке (приблизно у 200 разів) зменшення густини дефектів, що виникають при обробці пластин, шляхом зниження запорошеної на 2 порядки в порівнянні з досягнутим рівнем.
2. Зменшення числа операцій по створенню активних елементів.
3. Автоматизований метод з'єднань годних елементів за рахунок перехресних зв'язків. Архітектура ГБІС повинна бути стійкою до відмов окремих її елементів.
Універсальним засобом створення нестандартних з'єднань є пряма електронна літографія на пластині. При цьому існує проблема відведення тепла. При хорошому контакті з теплоотводом, омиваним рідким теплоносієм, пластина діаметром 100 мм може розсіяти потужність до 1 кВт, а повітрям – до 100 Вт. Способи монтажу пластин на платні і їх з'єднань один з одним поки розроблені слабо.
ГБІС найбільш доцільно використовувати для створення обчислювальних систем, що мають до 100 працюючих процесорів, а також в створенні ГБІС напівпровідникової пам'яті.
Традиційні мікросхеми виготовляються за планарною технологією, коли активні елементи розташовуються в одній площині.
Ідея створення тривимірних інтегральних схем з'явилася на початку 80-х років. Це ІС, в якій активні елементи (транзистори) виготовлені в декілька шарів, розділених діелектричними прошарками. В даний час висловлюється багато аргументів за і проти такої конструкції.
Які недоліки конструкції тривимірних ІС:
1. Утруднення відведення тепла від 3-мерного об'єму.
2. Виготовлення багатьох поверхів транзисторів відбувається в послідовному технологічному процесі, так що число технологічних операцій зростає багато разів, приблизно в стільки ж, в скільки поверхів зростає мікросхема.
3. Технологічні процеси виготовлення верхніх поверхів впливатимуть на властивості нижніх поверхів. На верхніх поверхах не можна використовувати як технологічні радіацію, пронизливу в нижні шари, високоенергетичні електронні пучки і т.д.
Проте, тенденції в мікроелектроніці володіють великою гнучкістю, тому ці проблеми не виглядають непереборними.
На користь створення тривимірних БІС можна виказати переконливі доводи:
1. Загальна тенденція необмеженого зростання ступеня інтеграції ІС (закон Мору) диктує пошуки конструктивних рішень, альтернативних зростанню площі Чипа і зменшенню розмірів в двомірних БІС. Починаючи з деякого рівня інтеграції може бути економічно вигіднішим виготовляти багатоповерхову БІС, ніж БІС на кремнієвій пластині.
2. Багатоповерхова конструкція може ефективно використовуватися для виготовлення на різних поверхах схеми приладів різних типів і інтеграції.
3. Спрощення схеми з'єднань.