Как пересекающиеся линии реализованы на микрочипах?

8

Я всегда представлял, что изготовление фотолитографических микрочипов - это процесс создания 2D-слоя без наслоения, что создает топологическую проблему для схемотехники, когда у вас есть некоторые К3,3 или К5 в нем, что, безусловно, будет иметь место для любого нетривиального дизайна.

И есть бумаги, в которых говорится о производстве "3D" чипов с несколькими слоями, чтобы сэкономить место, тем самым добавляя путаницу.

Да, это грустно, но это то, что я узнал в школе, куча загадочных загадок. Неудивительно, что люди начинают теории заговора о пришельцах, обслуживающих эти технологии для нас.

Итак, как мы можем создавать сложные процессоры и микросхемы, используя только топологию 2D?

Archimedix
источник
Еще изображения этих металлических слоев . FWIW, нас учили о нескольких металлических слоях, а мой специальность даже не была в электронике.
Роман Старков

Ответы:

9

Оказывается, что есть слои, но люди иногда пропустить тех , когда речь идет о том , как работает микрочип.

Процесс, который вводит слои, называется Back end of line, или BEOL .

Это в основном работает так:

  • Создать слой 2D чипа с помощью фотолитографии
  • Нанести изоляционный слой
  • Просверлите отверстия в этом слое
  • Нанесите проводящий слой, также заполняя созданные отверстия и создавая цепи или межсоединения
  • Повторите эти шаги так часто, как это необходимо, и ваш производственный процесс и, возможно, другие соображения, такие как тепловое проектирование, позволяют
Archimedix
источник
«Или как разбирать кошку, чтобы посмотреть, как она может быть живой». : D
Doombot
1
Подумайте о том, чтобы убрать скупость из своего ответа. Было бы лучше без ворчливости. В моей степени мы определенно рассмотрели, как изготавливаются чипы, ваш собственный опыт явно отличается.
Линдон Уайт
6

На микросхемах всегда было по крайней мере два проводящих слоя, которые можно использовать для маршрутизации сигналов, - сам кремний и, по крайней мере, один металлический слой.

В самых ранних производственных процессах, в которых был только один слой металла, «перемычки», которые позволяют сигналам пересекаться, могли создаваться либо путем диффузии или имплантации проводящего пути в объемный кремний, либо путем создания пути в «поли» (поликристаллическом кремнии ) слой, который использовался для ворот MOSFET в некоторых процессах. Через отверстия (отверстия) в изолирующем слое оксида кремния пропускали ток между слоями, где это необходимо.

Современные микросхемы, особенно высокоплотные, высокопроизводительные логические микросхемы, имеют много слоев металла и оксида - 6 или 8 или более, подобно многослойной печатной плате.

Дэйв Твид
источник
5

Вот СЭМ (сканирующая электронная микрофотография), показывающая поперечное сечение по ширине пары транзисторов.

]

Ярлыки справа - это функция / позиция в стеке. Метки на левой стороне являются материалами.

Черная вертикальная структура, соединяющая ворота с 1-м металлическим слоем, называется контактом. Он состоит из титанового затравочного слоя, барьерного слоя TiN и вольфрамовой пробки.

Промежуточные переходы между M!, M2, M3 и M4 не показаны.

В качестве бонуса есть что-то очень необычное в этой структуре. Кто-нибудь может сказать, что это? ответ в комментариях.

заполнитель
источник
Что ж, изоляция траншей может считаться очень необычной для некоторых из нас. Другие, вероятно, нет :-P
user49628
Примечание для любого смотрящего: это довольно старая технология изготовления - вероятно, 10-15 лет или около того. Алюминиевые металлические и вольфрамовые заглушки не использовались в большинстве новых производств в течение многих лет. В текущем процессе ожидайте увидеть медь как для металлических слоев, так и для межслойных соединений.
Джерри Коффин
@JerryCoffin, это правильно
заполнитель
@JerryCoffin Переход произошел в узле около 130 нм и варьировался в зависимости от компании / процесса. Тем не менее, есть еще немало потрясающих, работающих с этими процессами для MEM, датчиков, автомобилей и высокого напряжения. Так что это не устарело. Только не то, что используется для SOC, процессоров и памяти.
заполнитель