При применении трехуровневой металлизации первые два слоя используются для разводки логических сигналов, а третий - для разводки проводников питания и земли.

Двухуровневая металлизация повышает плотность упаковки и рабочие характеристики БИС и облегчает применение средств автоматизированного проектирования схем.

Использование металлических соединений вместо поликремниевых уменьшает постоянные времени многих цепей.

Одной из сложных проблем, которые возникают при производстве МБИС, остается проблема совместимости фотошаблонов.

После выполнения процедуры трассировки выполняется логическое моделирование, которое решает две важные задачи. Во-пер--вых, оно позволяет проверить логическую работоспособность спроектированной схемы, т. е. выявить ошибки трассировки и логического проектирования, уточнить правильность выбора макроэлементов и контактных площадок ВВ и найти другие возможные ошибки. Во-вторых, разработанная при этом последовательность тестовых кодов будет затем использована на стадии зондовой проверки пластин и при заключительных испытаниях схем для выявления полностью работоспособных приборов. Успешное завершение моделирования означает, что эта сложная часть проектирования схемы выполнена.

Одними из важнейших параметров МБИС являются параметры быстродействия. На стадии проектирования необходимо оценить временные параметры электрических цепей.

Расчет динамических параметров осуществляется с учетом реальной трассировки для обеспечения заданного быстродействия, исключения «гоночных» ситуаций и «состязаний» на фронтах переключающих сигналов. С помощью САПР выполняется расчет временных параметров цепей. Если они удовлетворяют разработчика, процесс проектирования МБИС считается законченным. Результаты проектирования топологии и проверяющих тестов записываются на носители, например заносятся на магнитную ленту В дальнейшем выполняются все виды работ, характерных для предприятий микроэлектронной отрасли, выпускающих интегральные схемы.

В среднем от карты заказа до готовой МБИС проходит около двух месяцев.

В составе семейства матричных БИС LCA100K компании «LSI Logic» выпускаются три вида базовых кристаллов сложностью от 139 104 до 236 880 вентилей, причем в последних схемах можно использовать до 100 тыс. [74]. Кристаллы построены на базе бесканальной архитектуры. Повышенные рабочие характеристики, уровень интеграции и максимальные количества трассируемых вентилей получены благодаря уменьшению проектных норм технологического процесса с 1,5 до 1 мкм и введению третьего слоя металлизации.

Новая серия HDC 1-мкм вентильных КМОП-матриц компании «Motorola» [75] будет состоять из 10 базовых кристаллов сложностью от 5670 до 104 832 вентилей. Полный размер кристалла самой малой матрицы HDC 5000 составляет 4,05X4,04 мм, а самого большого кристалла - всего 12,3X12,3 мм. Для разделения вентилей применяется оксидная изоляция. Первичный логический эле--мент в этих матрицах состоит из четырех п- и четырех р-канальных транзисторов, на которых можно реализовать два логических двух-входовых элемента И-НЕ.

Компания <<Lasa Industries» разработала лазерную систему QT-GA (quick-turn gate array-быстрореализуемые вентильные матрицы), которая позволит изготовлять собранные в корпуса функционально законченные специализированные ИС на базе матричных кристаллов за несколько минут (или часов для более сложных приборов). Так, для изготовления специализированной ИС на вентильной матрице умеренной сложности (1000 вентилей) с двумя уровнями металлизации и при суммарной длине всех межсоединений около 1,5 м требуется всего около 5 мин. Изготовление ИС на более сложном матричном кристалле, содержащем 6 тыс. вентилей, занимает около 2 ч. Система QT-GA в автоматическом режиме последовательно выполняет непосредственное формирование металлических соединений на кристалле аддитивным методом. Луч лазера, сфокусированный в точку диаметром 1 мкм, создает соответствующий локальный температурный режим, который вызывает реакцию в специальной газовой среде и осаждение металла в той точке, на которую направлен луч лазера. Луч перемещается по кристаллу со скоростью 1 см/с. Система автономна и достаточно проста в применении для изготовления ИС на матричных кристаллах сложностью до 50 тыс. вентилей [76].

Фирма «Vitesse Semiconductor» разработала первый кристалл семейства вентильных матриц Fury - ИС VSC 10 000, который представляет собой арсенид-галлиевый кристалл размером 7,1Х Х8,5 мм, содержащий свыше 14 тыс. вентилей, и предназначен для реализации логических схем гигагерцового диапазона [77].

В процессе уменьшения размеров элементов и повышения плотности упаковки к 2000 г. в полупроводниковой промышленности, может быть, будет достигнут уровень интеграции 1 млрд. транзисторов на кристалле. На субмикронном уровне возникает целый ряд проблем, затрудняющих дальнейшее повышение плотности упаковки. Самые серьезные проблемы связаны с фундаментальными физическими ограничениями, ухудшающими характеристики полевых транзисторов при уменьшении размеров до 0,5 мкм и ниже. Специалисты считают, что дальнейшее уменьшение размеров элементов рано или поздно сделает полевой транзистор неработоспособным. Вполне может оказаться, что обычные транзисторные структуры будут заменены новыми структурами, такими, как сверхрешетки или приборы с квантовой связью.

Многие задаются вопросами: где будут использоваться эти суперкристаллы? будут ли развиты соответствующие средства автоматизированного проектирования? Другие считают, что могут возникнуть такие области применения, о которых пока нельзя и мечтать, например на базе подобного кристалла может быть создан так называемый «прозрачный» компьютер, способный адаптироваться к пользователю (сейчас пользователю приходится адаптироваться к компьютеру). Это будет означать начало совершенно новой эры в вычислительной технике и в промышленности интегральных схем [78].

Контрольные вопросы

1. За счет чего может быть обеспечено сокращение сроков разработки и снижения стоимости производства БИС?

2. Перечислите варианты создания специализированных ИС.

3. Что представляют собой базовые матричные кристаллы?

4. Что такое библиотечный элемент?

5. Перечислите три разновидности полузаказных логических схем.

6. Сформулируйте достоинства и недостатки вентильных матриц.

7. Перечислите этапы проектирования БИС на основе БМК.

8. Перечислите основные технические данные БМК серий К1801ВП1, К1806ВП1, К1515ХМ1.

9. Чем объясняется широкое распространение универсальных БИС, выполненных иа БМК?

10. Каковы перспективы развития БМК?