Взаимосвязь между внешне проявляющимися свойствами материалов и их внутренним строением, страница 17

УРОВЕНЬ ИНТЕГРАЦИИ	ПРИНЯТОЕ СОКРАЩЕНИЕ	ЧИСЛО СХЕМНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КРИСТАЛЛ	мИНИМмЬНЫЙ РАЗМЕР ЭЛЕМЕНТОВ, МКМ	ВРЕМЯ РАЗРАБОТКИ
МАЛЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ	мис	1-100	10	60-е годы
СРЕДНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ	сис	100-1 000	5	70-е годы
БОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ	БИС	1 000-10 000	3-1	80-Е годы
СВЕРХБОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ	СБИС	10 000	1	80-е годы
УЛЬТРАБОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ	УБИС		0,001
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА			— 0,001

Когда на одном кристалле создается большое число схемных элементов, может возникнуть еще одна проблема — «электромиграция», т. е. нежелательное перемещение материала через межсоединения — проводящие дорожки, соединяющие элементы схемы между собой. Хотя величина тока в интегральной схеме мала по сравнению с током в бытовых электроприборах, плотность тока, или количество заряженных частиц, проходящих через единицу площади поперечного сечения, на нескоЛЬК0 порядков величины больше. Как правило, плотность тока возрастает во столько же раз, во сколько уменьшаются размеры прибора; иногда зависимость плотности тока от степени миниатюризации носит квадратичный характер.

Типичная токопроводящая линия в интегральной схеме, имеющая площадь поперечного сечения 10 —8 см² может пропускать ток порядка сотых долей ампера; это соответствует плотности тока 10⁶ А/см² . В то же время провод, соединяющий бытовой электроприбор с сетью, может иметь площадь поперечного сечения 10 ⁴ см ² и по нему может течь ток величиной 1 А; плотность тока в этом случае всего 10⁴ А/см ²

Плотности тока в интегральных схемах настолько большие, что они могут вызывать перемещение материала из одной части токопроводящей металлической линии в другую. Однажды начавшись, такая электромиграция приобретает самоподдерживающийся характер: поскольку плотность тока в том месте, откуда переместился материал, становится больше, чем там, где произошло утолщение, материал стремится и далее перемещаться в том же направлении. Это явление может привести к разрыву тонкого металлического проводника.

Чтобы исключить эти нежелательные последствия электромиграции, токопроводящие линии в современных микросхемах делают из сплава меди с алюминием. Медь имеет тенденцию сдерживать нежелательное перемещение атомов алюминия за счет образования с ним соединения в тех местах, гле диффузия происходит наиболее быстро. Несмотря на то что применение медно-алюминиевых сплавов для токопроводжцих линий успешно решает рассматриваемую проблему в приборах нынешнего поколения, вряд ли можно надеяться, что такое техническое решение позволит снизить электромиграцию до приемлемого уровня в интегральных схемах будущих поколений, плотность схемных элементов в которых будет еще выше. Поэтому сейчас ведется поиск таких новых мат ериалов, применение которых решит указанную проблему.

РЕДПОЛАГАЕТСЯ, что можно было бы повысить плотность упаковки интегральных схем, а следовательно, и их быстродействие, сделав эти схемы трехмерными. В настоящее время большинство рабочих процессов в интегральных схемах происходит в приповерхностном слое кремниевой пластины. Толща же кристалла выполняет роль подложки. Хотя не ясно, насколько быстродействие трехмерных элементов было бы больше, инженеры сейчас изучают возможность построения интегральных схем путем последовательного наращивания слоев.