КНИ - структуры в технологии СБИС

С начала семидесятых годов развитие микроэлектронной техники следует закону Мура – производительность микропроцессоров удваивается каждые 18 месяцев. По мнению зарубежных и отечественных специалистов, развитие микроэлектроники будет проходить в направлении дальнейшего уменьшения топологических норм до 30 – 50 нм, обеспечивая реальный переход к наноэлектронике. Предполагается, что уже к 2008 г. длина каналов                       КМОП - транзисторов уменьшится до 20 – 30 нм в большинстве вычислительных систем. В настоящее время размер ключевых элементов интегральных схем быстро приближается к 50 нм. Несмотря на прорыв отдельных фирм (Intel, NEC, Lucent Technology) за область меньше 50 и даже 30 нм, физические и технологические пределы могут существенно затормозить прогресс микроэлектроники, основанный на масштабированном уменьшении размеров элементов в рамках стандартной КМОП - технологии на объемном кремнии. Единственной альтернативой сегодня являются приборы на КНИ - структурах.

Однако переход на новые типы приборов требует обширной деятельности по разработке и проектированию новых библиотечных топологических элементов, технологических процессов, логических элементов и новой архитектуры чипов. Вместе с тем, сохраняются возможности адаптации существующих конструктивных и технологических решений стандартной КМОП - технологии к КНИ - подложкам. Сочетание этих двух подходов уже продемонстрировали корпорации IBM, Sony и Toshiba, объявившие в марте 2001 г. о создании корпорации для разработки технологии производства «супер - компьютеров - на - чипе». Главным материалом таких чипов будут структуры КНИ. Фирма IBM имеет опыт создания и производства трех поколений RISC - процессоров типа RS-6000 на КНИ - пластинах собственного производства (IBM, 1999 г.). Аналогичный альянс создан фирмами Motorola и Advanced Micro Devices (AMD) для адаптации технологии изготовления их 64-разрядных процессоров G4 Power PC и Hammer, выполненных на объемном кремнии, к 0,18-микрометровой КНИ - технологии (Motorola, 2000 г.). В 2002 г. в лидеры вышла фирма AMD Corp., которая на основе лицензионной библиотеки IBM выпустила высокоэкономичный сверхбыстрый процессор Claw-Hammer для переносных персональных компьютеров и серверов, изготовленный на Smart Cut КНИ - пластинах по 0,13-микрометровой технологии (AMD, 2002 г.). Этот процессор на 20 – 25% производительнее процессора Athlon XP с той же тактовой частотой, хотя и потребляет не большую, чем Athlon XP мощность.

КНИ - структуры для систем - на - чипе.

Предполагается, что КНИ - структуры найдут широкое применение в большинстве необходимых для практики сравнительно недорогих однокристальных КНИ - микросистемах, ориентированных на различные применения в любых климатических условиях, на относительно невысокую при этом стоимость, высокую эффективность и надежность работы. Отличительной особенностью таких микросистем будут интегрированные функции оптической и радиосвязи и наличие интегрированных сенсоров и актюаторов.

Особенно перспективным, по нашему мнению, является использование в КНИ - структурах в качестве подложек пластин БЗП - кремния. Высокоомная БЗП - подложка в сочетании с декананометровым приборным слоем, отсеченным от нее тонким скрытым оксидом, позволит производить КНИ СБИС и УБИС типа систем – на - чипе со встроенным гигагерцовым радиоканалом для беспроводных сетевых технологий.

Проведенные исследования свойств КНИ - структур, КНИ - сенсоров, КНИ МОП - транзисторов и интегральных схем позволяют предложить технологию DeleCut в качестве базовой промышленной технологии производства               КНИ - пластин и КНИ - микросхем с глубоко субмикронными топологическими нормами.

Актуальность поисковых исследований и разработки технологий изготовления КНИ - нанотранзисторов и интегральных схем определяется прежде всего тем, что в обозримом будущем прогнозируется разработка и производство на основе КНИ - структур новейших интеллектуальных систем гигагерцового и терабитного диапазонов интегрированными функциональными возможностями беспроводной и волоконно-оптической связи, сенсорами и актюаторами.

Высокопроизводительные БиКМОП СБИС и УБИС на основе                 КНИ - структур являются прорывной технологией, имеющей двойное применение. Их разработка и реализация в России позволит:

• создать отечественные межвидовые комплектующие изделия на основе КНИ-структур, не уступающие мировому уровню;

• обеспечить новый технологический уровень для широкого класса устройств микроэлектроники, интегральной оптоэлектроники и микросистемной техники.

Применение разрабатываемых методов и средств позволит в 10 и более раз сличить производительность и терморадиационную стойкость оптоэлектронных компонентов, в 2 – 3 раза увеличить их эксплуатационный диапазон по температурам, на 25 – 30% снизить энергопотребление и уменьшить в 2 – 10 раз массогабаритные показатели.