¿Cómo se implementan las líneas cruzadas en los microchips?

Siempre imaginé que la fabricación de microchips fotolitográficos era un proceso de creación de capas 2D sin capas, creando así un problema topológico para los circuitos cuando tienes algunos k 3 , 3 o k 5 en él, lo que sin duda sería el caso de cualquier diseño no trivial.

Y hay documentos que hablan sobre la producción de chips "3D" con múltiples capas para ahorrar espacio, lo que aumenta la confusión.

Sí, eso es triste, pero eso es lo que aprendí en la escuela, un montón de acertijos misteriosos. No es de extrañar que la gente comience teorías de conspiración sobre extraterrestres que nos brindan esas tecnologías.

Entonces, ¿cómo podemos construir procesadores y chips complejos usando simplemente una topología 2D?

Más imágenes de las capas de metal . FWIW, nos enseñaron sobre múltiples capas de metal, y mi especialización ni siquiera fue en electrónica.

Respuestas (3)

Resulta que hay capas , pero la gente a veces se las salta cuando habla de cómo funciona un microchip.

El proceso que introduce capas se llama Back end of line, o BEOL .

Básicamente funciona así:

  • Cree la capa de chip 2D usando fotolitografía
  • Aplicar una capa aislante
  • Taladre agujeros en esa capa
  • Aplique una capa conductora, llenando también los agujeros creados y cree caminos de circuito o interconexiones .
  • Repita esos pasos tantas veces como sea necesario y su proceso de fabricación y tal vez otras consideraciones, como el diseño térmico, lo permitan.
"O como desarmar un gato para ver cómo puede estar vivo". :D
Considere eliminar el sarcasmo de su respuesta. Sería mejor sin el sarcasmo. En mi título definitivamente cubrimos cómo se fabrican los chips, tu propia experiencia difiere claramente.

Siempre ha habido al menos dos capas conductoras en los chips que se pueden usar para enrutar señales: el propio silicio y al menos una capa de metal.

En los primeros procesos de fabricación que tenían solo una capa de metal, se podían crear "puentes" que permitían que las señales se cruzaran mediante la difusión o la implantación de un camino conductor en el silicio a granel, o creando un camino en el "poli" (silicio policristalino). ) capa que se utilizó para las puertas MOSFET en algunos procesos. Las vías (agujeros) en la capa aislante de óxido de silicio permitieron que la corriente fluyera entre las capas donde era necesario.

Los chips modernos, especialmente los chips lógicos de alto rendimiento y alta densidad, tienen muchas capas de metal y óxido: 6 u 8 o más, similar a una placa de circuito impreso multicapa.

Aquí está SEM (micrografía electrónica de barrido) que muestra una sección transversal a lo ancho de un par de transistores.

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Las etiquetas en el lado derecho son la función/posición en la pila. Las etiquetas en el lado izquierdo son materiales.

La estructura vertical negra que conecta la puerta con la primera capa de metal se llama contacto. Se compone de una capa de semilla de titanio, una capa de barrera de TiN y un tapón de tungsteno.

No se muestran las vías intermedias entre M!, M2, M3 y M4.

Como beneficio adicional, hay algo muy inusual en esta estructura. alguien puede decir que es? responde en los comentarios.

Bueno, el aislamiento de trincheras puede considerarse muy inusual para algunos de nosotros. Otros, probablemente no :-P
Nota para cualquiera que busque: esta es una tecnología de fabricación bastante antigua , probablemente de 10 a 15 años más o menos. Los tapones de metal de aluminio y tungsteno no se han utilizado en la mayoría de las nuevas fabricaciones durante años. En un proceso actual, espere ver cobre tanto para las capas de metal como para las conexiones entre capas.
@JerryCoffin eso es correcto
@JerryCoffin La transición ocurrió alrededor del nodo de 130 nm y varió según la empresa/proceso. Dicho esto, todavía hay bastantes fábricas que ejecutan estos procesos para MEM, sensores, automoción y alto voltaje. Así que no está desactualizado. Simplemente no lo que se usa para SOC, procesadores y memoria.
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