EUV-литография (Extrim Ultraviolet)

Современный уровень изготовления микросхем движется в направлении 90 нм -> 32 нм –> 18 нм. Это означает, что при производстве Тб микросхем на 1см кв.может располагаться 390 млн. транзисторов. Наряду с чисто физическими трудностями возникают трудности, связанные с особенностями производства микросхем. Свойства устройств на одной кремниевой пластине не идентичны, как и на разных пластинах. Отклонения могут быть на разных этапах производства, что ведет к увеличению бракованных изделий, которые могут составлять 50-70% от всей партии. Для преодоления этих трудностей ведущие производители (Sony, IBM, Intel) выделяют более 20% бюджета для выявления механизмов преодоления этих трудностей (в среднем 5-7 млн. долларов ежегодно).

Одной из основных трудностей является переведение маски на кристалл (перенесение рисунка маски на кристалл). Это делается с помощью системы LinX, которая уменьшает маску до размеров кристалла. Кремниевая пластина закрепляется на позиционном столе под системой LinX и далее перемещается, чтобы нанести все элементы – микропроцессоры. Ультрафиолетовый луч, проходя через свободные места на маске, меняет свойства светочувствительного слоя в соответствующих местах, который приобретает способность к растворению и потом удаляется. Современные литографические машины обрабатываю за один час несколько десятков 8-ми дюймовых полупроводниковых пластин. Для изготовления большинства пластин используются UV-лучи с длиной волны 0, 248 микрона, 0, 198 микрона и менее. При длине луча меньше 0, 2 микрона слишком много излучения поглощается светочувствительным слоем, поэтому усложняется и замедляется процесс перенесения шаблона схемы на кристалл. Сейчас производится переход UV-излучения на рентгеновское. Тогда процесс называют EUV-литографией.

Лекция 28

Фирмы Motorola, IBM, AMD, Intel создали общий союз EUV-LLC (Limited L.. Company) для разработки средств EUV-литографии. EUV-литография дает возможность увеличить число уровней микросхемы. Однако чем больше слоев в микросхеме, тем боле тщательное наблюдение необходимо в процессе производства, т.к. возможно взаимовлияние уровней друг на друга. Стоимость усовершенствования средств верификации и создание соединений между уровнями может оказаться сдерживающим фактором в применении этой технологии. Также предъявляются очень высокие требования к стерильности производства и необходим более точный механизм позиционирования исходной кремниевой пластины. Использование EUV-литографии дает возможность переходить на проектные нормы 0, 13 микрон для изготовления микропроцессоров. Использование в процессе литографии ультрафиолетового излучения началось с середины 80-х годов, чтобы нанести рисунок схемы на пластину с помощью степлера (управляемая компьютером машина), выполняется фотолитография. Её целью является создание в слое фоторезиста окна с заданной конфигурацией для доступа травителя в расположенным под ним слоем полупроводниковой пластины с оксидной пленкой. При лямбда< 0, 2 микрона слишком много света поглощается слоем фоторезиста, и он теряет способность менять свои свойства. Также возникает сложность с тестированием изготавливаемых микросхем. Сейчас тестовый стенд разработан EUV-LLC, но исследования продолжаются до сих пор. Современные установки для шагового мультиплицирования на пластину с применением глубокого ультрафиолетового излучения (DVU – deep UV), т.е. машины, которые печатают схемы на кремниевые подложки, используют источник света с лямбда 0, 248 нм, длина волны EUV-излучения составляет примерно 13 нм, т.е. примерно в 20 раз меньше. При этом элементы на кристалле становятся сопоставимыми по своим размерам с элементами внутри структуры кристалла. Применяемая литография позволяет наносить шаблон с минимальной шириной 0, 1 микрона, а EUV-литография дает возможность печатать линии шириной 0, 03 микрон. Управлять ультрафиолетовым излучением достаточно сложно, т.к. EUV-излучение хорошо поглощается стеклом, поэтому предполагается использовать вместо линз для уменьшения рисунка систему из 4х выпуклых зеркал, которые уменьшают и фокусируют изображение после применения маски. Каждое такое зеркало содержит 80 стандартных металлических слоев толщиной в 12 атомов. Сейчас создается прототип промышленной установки для EUV-литографии. Для широкого внедрения EUV-литографии необходимо разработать механизм, способный захватывать невидимый свет, создавать платформы для изготовления и совмещения картинок на различных этапах изготовления микросхем, системы зеркал и бездефектных масок и средства измерения и верификации.

Использование СФ-блоков (IP) при проектировании СНК[6]

Существует 2 основные формы представления СФ-блока:

1. В виде топологических фрагментов, которые могут быть непосредственно реализованы в физической структуре кристалла – т.е. аппаратно-реализованные (Hard IP-блоки)

2. В виде моделей на языке описания аппаратуры (Verilog, VHDL), которые средствами САПР могут быть преобразованы в топологические фрагменты для реализации на кристалле – синтезируемые (Soft IP-блоки)

Таким образом, разработчик может либо непосредственно смонтировать в структуру проектируемый СБИС топологически готовый СФ-блок, либо использовать имеющуюся модель СФ-блока и выполнить его схемотехническое и топологическое проектирование в составе реализуемый СБИС СНК. В процессе проектирования СНК разработчик имеет возможность выбора следующих решений:

1. Самостоятельная разработка необходимых СФ-блоков

2. Покупка СФ-блоков у ведущих разработчиков и производителей микросхем

3. Поиск и применение СФ-блоков, представляемых в открытом доступе

Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Самостоятельная разработка СФ-блоков может привести к увеличению сроков проектирования и задержки выпуска изделий. Приобретение СФ-блока сопряжено с финансовыми затратами, которые увеличат стоимость разработки. А применение СФ-блоков, имеющихся в свободном доступе, возможно только после их тщательной верификации, что требует значительных временных затрат. При выполнении проекта разработчик должен провести оценку поставленных требований и имеющихся ресурсов, чтобы выбрать наиболее рациональный вариант разработки СНК.

Таким образом, основная особенность проектирования СНК – возможность использования достаточно широкой номенклатуры синтезируемых СФ-блоков, имеющихся на рынке и в свободном доступе, которые могут быть реализованына базе различных функциональных библиотек и технологий и интегрированы в кристалл средствами современных САПР.

Существует альтернатива – использовать систему на плате или систему на кристалле.

Преимущества систем на плате:

1. использование хорошо проверенных серийных компонентов

2. более простой процесс тестирования и отладки

3. возможность замены неисправных компонентов

4. низкая стоимость создания опытных образцов и малых серий

Преимущества систем на кристалле:

1. Возможность получения более высоких технических показателей (производительность, энергопотребление, массогабаритные характеристики)

2. Более низкая стоимость при крупносерийном выпуске

 

Следует отметить, что реализация СНК в виде специализированной ASIC требует значительных финансовых затрат: изготовление опытной партии (несколько тысяч образцов) специализированных СБИС по технологии 0, 13-0, 16 микрон стоит несколько сотен тысяч долларов, а по технологии 0, 09 микрон – свыше миллиона долларов. Также необходимо учитывать, что имеющийся опыт разработки СНК показывает, что только в 25% проектов первоначально полученные опытные образцы соответствуют заданным требованиями, в большинстве случаев для получения необходимого результата требуется несколько итераций, что увеличивает стоимость проектов. Снизить риски при выполнении таких проектов может развитие средств САПР. СНК в виде ASIC являются приемлемыми только для ограниченного числа высоко бюджетных проектов. Во всех случаях, когда можно достичь заданных характеристик, используя системы на плате, этот вариант является более предпочтительным. Альтернативой может быть реализация СНК на базе высоко интегрированных FPGA, содержащих миллионы эквивалентных логических вентилей.

Преимущества реализации СНК на базе FPGA:

1. Малые затраты на разработку и создание опытных образцов

2. Возможность многократной коррекции проекта

3. Использование хорошо проверенных серийных изделий

4. Более простой процесс тестирования и отладки (проведение этих процессов по частям)

 

Таким образом, СНК на базе FPGA имеет практически те же достоинства, что и системы на плате, но отличаются более лучшими техническими характеристиками – более низкое энергопотребление, меньшие габариты и масса, при этом по таким параметрам, как производительность и энергопотребление, СНК на базе FPGA уступают СНК в виде ASIC.

 

Можно сделать вывод, что СНК на базе FPGA будут конкурировать и постепенно вытеснять системы на плате, при этом вместо микропроцессоров и микроконтроллеров в этих СНК будут использоваться различные варианты процессорных СФ-блоков. Сейчас эти блоки предлагают фирмы Xilinx, Altera, но для крупносерийных и высоко бюджетных проектов будут применяться СНК на базе ASIC.

Лекция 29

⇐ Предыдущая234567891011

Поделиться:

Популярное:

1. МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ