ВУЗ:
Составители:
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 4
1. ОСОБЕННОСТИ СУБМИКРОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СБИС ....................... 8
1.1. Технологические операции и оборудование ............................................. 8
1.1.1. Субмикронная литография .................................................................. 8
1.1.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия ....................................................... 15
1.1.3. Плазменное травление........................................................................ 17
1.1.4. Технология быстрой термической обработки ................................ 19
1.1.5. Методы формирования КНИ-пластин ............................................. 21
1.2. Организация производства СБИС ............................................................ 22
2. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СБИС........................................................................... 23
2.1. Субмикронные КМОП-СБИС................................................................... 23
2.2. GaAs-СБИС на основе полевых транзисторов Шоттки.......................... 24
2.3. СБИС на основе комплементарных транзисторов Шоттки.................... 35
2.3.1. Комплементарные ПТШ-элементы с термозависимым источником
питания.......................................................................................................... 35
2.3.2. Сверхбыстродействующие интегральные элементы на основе
транзисторов со статической индукцией................................................. 48
2.4. Элементы СБИС на квантовых эффектах................................................ 54
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СБИС ............................................................................. 64
3.1. Физико-топологические модели элементов СБИС ................................. 64
3.2. Схемотехническое и функционально-логическое
моделирование СБИС....................................................................................... 89
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБИС............................................................................ 90
4.1. Методы проектирования СБИС ................................................................ 90
4.2. Выбор способа реализации СБИС ............................................................ 96
4.3. Языки описания проектов СБИС............................................................ 106
4.4. Язык описания VHDL.............................................................................. 107
4.5. Язык топологического описания CIF ..................................................... 108
4.6. Организация САПР.................................................................................. 109
4.7. Элементная база и маршруты проектирования СБИС.......................... 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................... 126
ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................... 128
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛЕЙ 0,35/0,8 МКМ КМОП-СБИС................................ 134
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
МАРШРУТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАКАЗНЫХ СБИС
В САПР TANNER PRO ...................................................................................... 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ЭЛЕМЕНТЫ КМОП-БИБЛИОТЕКИ 0,7 МКМ
ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА ПАМЯТИ........................................................................... 143
4
ВВЕДЕНИЕ
Вторая половина XX века характеризуется возникновением и бурным разви-
тием микроэлектроники, что оказало революционизирующее воздействие на разви-
тие практически всех отраслей промышленности и мировую экономику в целом. К
началу XXI века субмикронные сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) стали
основой компьютеров, сотовых телефонов, систем технического зрения, устройств
промышленной автоматики – всех современных средств радиоэлектроники и вычис-
лительной техники. Субмикронными называют СБИС с минимальными размерами
элементов менее 1 мкм.
Первые интегральные схемы (ИС) были созданы в 1958-1959 гг. Джеком
Килби (фирма Texas Instruments) и Робертом Нойсом (фирма Fairchild) [1]. В 1961 г.
фирмой Fairchild выпущена первая промышленная партия полупроводниковых ИС.
Эта ИС представляла собой триггер резисторно-транзисторной логики и содержала
4 биполярных транзистора и 2 резистора. В 1963 г. фирмой RCA была выпущена
первая ИС на основе 16-ти транзисторов со структурой металл-окисел-
полупроводник (МОП).
Первая в СССР ИС была создана в Таганрогском радиотехническом институ-
те под руководством Л.Н. Колесова в 1961 г. Первые в нашей стране серийные ИС
были выпущены в 1964 г. на заводе «Ангстрем» (Москва) [2]. К 1970 г. в стране был
создан ряд крупных предприятий электронной промышленности: НИИ молекуляр-
ной электроники и завод «Микрон», НИИ микроприборов и завод «Компонент»
(Москва), Воронежский завод полупроводниковых приборов, Ленинградское произ-
водственное объединение «Светлана», Производственное объединение «Интеграл»
(Минск) и др.; ежегодно выпускалось около 4 млн. ИС 69 серий.
Развитие микроэлектроники интересно проследить на примере эволюции ИС
микропроцессоров и памяти.
Первый микропроцессор создан фирмой Intel в 1971 г. Эта ИС i4004 с мини-
мальными размерами элементов около 7 мкм содержала на кремниевом кристалле
площадью 10,6 мм
2
2300 МОП-транзисторов и работала с тактовой частотой 100 кГц
[3]. В СССР первый аналогичный микропроцессор был создан на заводе «Ангстрем»
в 1974 г.
Знаменательным событием в истории микроэлектроники и вычислительной
техники явился выпуск в 1978 г. микропроцессора i8086, который содержал на кри-
сталле площадью 33 мм
2
29 000 транзисторов с минимальными размерами 5 мкм и
работал с тактовой частотой 5 МГц. Модификация этого кристалла i8088 стала в
1981 г. основой первых персональных компьютеров класса IBM PC, без которых
невозможно сегодня представить современный мир. Выпущенный в 1982 г. 16-
разрядный процессор i80286 содержал 134 000 транзисторов с минимальными раз-
мерами 3 мкм, а производимый с 1985 г. 32-разрядный кристалл i386 – 275 000 тран-
зисторов с минимальными размерами 2 мкм. В 1989 г. был создан микропроцессор
