Тенденции развития конструктивно-технологических решений при создании СБИС. (Лекция 1)

Лекция 1
Тенденции развития конструктивно-технологических решений при создании СБИС

Два колеса Человечества

Эдисон и его лампа (1879 год)

Диод Флеминга (1906 год)

Триод Ли де Фореста (1907 год)

Принцип работы электронной вакуумной лампы

Электронная вакуумная лампа

Миниатюрные «пальчиковые» лампы

Радиоприемник на электронных лампах

ENIAC – первый цифровой ламповый компьютер (1944год) 18000 ламп

Нереализованный «полевой транзистор» Лилиенфельда.

Патент США 1 745 175 на «метод и устройство

Принцип работы полевого транзистора

Точечный диод Шоттки (1940 год)

Патент В.Шокли на МДП- транзистор (1943 год)

Почему не работал МДП-транзистор

Управляющий электрод
Полупроводник
Соотношение между поверхностными ловушками (оборванные

Открытие транзисторного эффекта (1947 год) В.Шокли, Д.Бардин, В.Браттейн

Биологический микроманипулятор на котором был открыт транзисторный эффект

Открытие транзисторного эффекта (1947 год) В.Шокли, Д.Бардин, В.Браттейн

Запись Д.Бардина с описанием транзисторного эффекта (1947 год)

Первый точечный биполярный транзистор (1947 год)

Празднование Нобелевской премии за изобретение транзистора( 1956 г )

Роль наших ученых

В 1956 г. Дж. Бардин отметил в Нобелевской

Участок изготовления точечных транзисторов (1949 год)

Первый плоскостной биполярный транзистор (1951 год )

Первый плоскостной биполярный диффузионный транзистор (1958 год)

Участок диффузии ( 1957 год )

Изобретатели интегральной схемы – «чипа» Д.Килби и Р.Нойс

Первая интегральная схема на германии Джека Килби (1958 г) Нобелевская премия

Первая интегральная схема на кремнии Роберта Нойса (1959 г )

Интегральная схема в корпусе

Структура интегрального биполярного транзистора

Структура МОП- транзистора

Почему не работал МДП-транзистор

Управляющий электрод
Полупроводник
Соотношение между поверхностными ловушками (оборванные

Разработчики метода пассивации поверхности кремния оксидом

М.Аталла
М.Кант

Почему стал работать МОП-транзистор

Эффект пассивации поверхности оксидом (1960-е гг. М.

Пороговое напряжение МОП-транзистора

Зарядовое состояние системы кремний-оксид Слон и семеро слепцов Р.Донована

Адсорбированные ионы

Галоидные ионы

Кислородные вакансии

Ловушки

Заряды в системе кремний-оксид кремния

Na+

K+

Qм

Qр

Qп

Qпс

[ 2 ]

Мигрирующий заряд
Радиационный заряд
Постоянный заряд
Заряд поверхностных

Первый МОП- транзистор (1960 год)

Первая МОП-интегральная схема 64 транзистора (Bell Laboratories 1962 год)

Первая отечественная МОП ИС более 60 транзисторов, (НИИМЭ. 1967 год)

КМОП - структура

Закон Мура

Влияние увеличения степени интеграции на параметры СБИС

1. Увеличение быстродействия ( производительности

Интегральная схема ПЗУ на всей пластине кремния диаметром 24 мм

Причины снижения выхода годных СБИС

Выход годных кристаллов на пластине кремния при

Образование случайных дефектов – паразитных отверстий в оксиде кремния
Нанесение фоторезиста
Жидкий Паразитные

Классическая задача статистики ( ячеек - N, шариков –n)

Модели выхода годных

Для расчета выхода годных используют различные модели распределения случайных

Биноминальное распределение

Если
n – число дефектов (пылинок)
N – число кристаллов
Pк - вероятность

Распределение Пуассона

При больших значениях N и n, ( что и наблюдается

Выход годных

При k = 0

Зависимость выхода годных от площади кристалла и плотности дефектов.

Если площадь кристалла

Зависимость выхода годных от площади кристалла и дефектности

A (мм2)

D1

D2

D3

20

40

60

80

100

Y(%)

D1 < D2

Поражающие и не поражающие дефекты

Коэффициент поражаемости

Зависимость выхода годных от площади кристалла и коэффициента поражаемости

A (мм2 )

B1

B2

B3

20

40

60

80

100

Y

Выход годных

Учет коэффициента поражаемости при определении выхода годных.

Выход годных

Учет коэффициента поражаемости при определении выхода годных.

Для увеличения

Пример расчета коэффициента поражаемости. Технологический маршрут

n

Окисление кремния

Диффузия

Окисление кремния

Осаждение алюминия

п

п

р

р

Параметры МОП ИС

Для упрощения анализа и расчетов примем следующие модельные конструктивные

Технологический маршрут

Первая фотолитография – формирование окон исток-сток

4 фотолитография

р

р

3 фотолитография

п

n

Д1 –
Д2

Технологический маршрут

Первая фотолитография – формирование окон исток-сток

4 фотолитография

р

р

3 фотолитография

п

n

Д1 –

Расчет коэффициента поражаемости для первой литографии

Поражаемая площадь кристалла для первой фотолитографии

Технологический маршрут

Вторая фотолитография – вскрытие окна под тонкий окисел

д1

д1

Поражающий эффект
Д1

Технологический маршрут

Вторая фотолитография – вскрытие окна под тонкий окисел

д1

д1

Поражающий эффект
Д1

Технологический маршрут

Третья фотолитография – формирование контактных окон исток/ сток

п

п

п

п

р

р

п

р

р

р

д1

д2

д3

Поражающий эффект
Д1 –
Д2

Технологический маршрут

Третья фотолитография – формирование контактных окон исток/ сток

п

п

п

п

р

р

п

р

р

р

д1

д2

д3

Поражающий эффект
Д1 –

Расчет коэффициента поражаемости для третьей литографии

Таким образом, поражаемая площадь будет

Технологический маршрут Четвертая фотолитография – формирование алюминиевой разводки

n

Выход годных для МОП ИС

Таким образом, суммарный коэффициент поражаемости всего

Закон сохранения выхода годных

Изменение степени интеграции, минимального размера и площади кристалла

Сте6пень интеграции

Минимальный размер
,

Эволюция технологической нормы

Технологические поколения

3D МОП- транзистор с двумя затворами

РЭМ-фотография 3D МОП-транзистора с двумя затворами

Толщина подзатворного оксида – 1,7 нм
Толщина