Как пересекающиеся линии реализованы на микрочипах?

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 $K_{3,3}$ или $K_5$ 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?

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

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.

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.