При створенні НВІС і УБИС доводилося і доводиться вирішувати цілий ряд конструкторсько-технологічних проблем.
# 9633; Проблема дефектів підкладки. Чим більше площа кристала, тим вище веро-ятность того, що дефект кристалічної структури призведе до виходу ізстроя будь-якого елементу інтегральної мікросхеми. Ця проблема решаетсясовершенствованіем технології виготовлення напівпровідникових підкладок.
# 9633; Проблема зменшення розмірів елементів ІС. Відомо, що розміри елементів-тов визначаються літографією. Роздільна здатність фотолітографііогранічена довжиною хвилі світла (близько 1 мкм). Сучасна субмікроннаялітографія використовує випромінювання зі значно меншою довжиною хвилі (електронні, іонні і рентгенівські промені), що дозволяють отримати размерелементов менше 1 мкм (до 0,1 мкм).
# 9633; Проблема відводу тепла. Зменшення розміру елементів і відстані між ними веде до збільшення питомої потужності, що розсіюється одиницею по-поверхні підкладки. Практично величина цієї потужності не перевищує 5 Вт / см 2. Ця проблема вирішується застосуванням мікрорежимі роботи логічних елементів. При цьому краще схеми КМДП і І 2 Л, потреб-рами потужність менше 0,1 мВт на логічний елемент.
# 9633; Проблема межсоединений. Величезна кількість елементів, створених на під-ложці, треба з'єднати між собою таким чином, щоб забезпечити виконання певних функціональних перетворень сигналів. До-Стігала це багаторівневої розводкою. На першому рівні формують прості логічні елементи, на другому рівні формують окремі вузли (тригери, суматори і т. Д.), На третьому рівні формують блоки (регістри, дешифратори і т.д.).
Розводка може бути фіксованою і програмованої. Фіксована раз-горілка застосовується за умови 100-відсоткової придатності елементів. У цьому випадку заздалегідь розробляється топологія з'єднань. Наявність хоча б одного дефектного елемента призводить до виходу з ладу всієї мікросхеми. У разі програмованої розводки на кристалі створюється надлишковий число елементів, здійснюється контроль їх працездатності і складається карта годнос-ти елементів. Потім за допомогою ЕОМ розробляється топологія з'єднань. Однак цей метод вимагає додаткових технологічних операцій.
Вирішення проблеми підвищення ступеня інтеграції НВІС і УБИС полягає в застосуванні нових конструкторсько-технологічних рішень, якісно від-Ліча від застосовуваних при розробці мікросхем середнього ступеня інтеграції. Велике значення має розробка нових конструкцій елементів, що дозволяють домогтися підвищення ступеня інтеграції при існуючій раз-вирішальної здатності літографії. У НВІС широко застосовують функциональ-но-інтегровані елементи, коли одна і та ж напівпровідникова область поєднує функції декількох найпростіших елементів. Прикладом може слу-жити структура І 2 Л, в якій поєднані база горизонтального транзистора типу р-п-р з емітером вертикального транзистора типу п-р-п, а колектор транзистора р-п-р одночасно є базою транзистора п-р -п. Широко примі-вується поєднання колекторної навантаження з колектором і ряд інших конст-руктівних рішень, що дозволяють скоротити кількість боксів, в яких розміщуються елементи ІС, і тим самим підвищити ступінь інтеграції. Для отримання субмікронних розмірів деяких областей при роздільній спосіб-ності фотолитографии близько 1 мкм в НВІС широко використовують метод самосовмещенія, в основі якого лежить використання раніше створених шарів в якост-стве масок для отримання наступних елементів.
Одним із способів підвищення ступеня інтеграції є «тривимірна» інтег-рація. У тривимірних структурах елементи формують в різних шарах, що чергуються-ся в вертикальному напрямку. Прикладом може служити вертикальна струк-тура польового транзистора, в якій витік і стік розташовані один над одним, а канал проходить у вертикальному напрямку. Іншим прикладом може служити створення двошарових КМДП-структур. У цих структурах є загальний затвор, під яким розташований n- канал, а над затвором - р- канал. Така комплементариев-ва пара разом з сполуками займає таку ж площу, як один транзистор з каналом n-типу. У порівнянні зі звичайною КМДП-структурою, в якій тран-зістори з n-каналами і р- каналом розташовані в одній площині, двошаровий КМДП-структура дозволяє підвищити ступінь інтеграції приблизно в 3-4 рази.
У УБИС велику роль відіграє взаємодія її елементів. В БІС з невисоким ступенем інтеграції кожен окремий транзистор веде себе однаково як в «ізольованому» стані, так і в складі інтегральної структури. У УБИС з субмікронними розмірами ізоляція одного транзистора від іншого важкодоступних-стіжіма. Можливі механізми взаємодії транзисторів один з одним численні і включають в себе такі ефекти, як ємнісний зв'язок, туннелирование і перетікання зарядів.
Підвищення ступеня інтеграції різко звужує сферу застосування БІС, так як вони стають спеціалізованими і внаслідок цього виготовляються огра-ніченний партіями. Звуження сфери застосування конкретного типу мікросхем призводить до необхідності розробки великої номенклатури БІС і, таким чи-тельно, великих витрат часу і коштів на їх проектування, підготовку про- виробництва і виготовлення.
Широка номенклатура спеціалізованих БІС при прийнятних витратах на проектування і виробництво досягається шляхом використання базових матріч-них кристалів (БМК). Базовий матричний кристал являє собою напів-Водніково кристал, на якому в певному порядку розміщені на постоян-них місцях нескоммутірованние активні і пасивні елементи (транзистори, діоди, резистори та т. П.). Трохи активних і пасивних елементів згруповано в топологічні осередки (ТЯ), які розміщуються на БМК регулярно, утворюючи матрицю однакових повторюваних осередків. В одній тополі-ня осередку БМК подальшим об'єднанням елементів металізований-ними сполуками можна створити декілька логічних або запам'ятовуючих елементів. Компоненти в ТЯ підбираються таким чином, щоб з них можна було побудувати різноманітні елементи, перелік яких утворює деякий функціональний набір - бібліотеку елементів. Чим різноманітніше елементи в бібліотеці, тим ефективніше побудова функціональних схем матричних БІС.
Особливістю матричних БІС є те, що БМК є оди-ву основу для створення широкого набору функціональних схем, все разнообра-зие яких визначається міжз'єднаннями, які формуються на послід-них етапах технологічного процесу. Інакше кажучи, комплект фотошаблонів для виготовлення БМК є постійним, а фотошаблони для формування конкретних матричних БІС - змінними. Таким чином, на основі одного БМК зміною фотошаблонів металізації можна розробити велику кількість модифікацій матричних БІС, що відрізняються своїми функціональними схема-ми. БМК виконуються як на основі біполярних транзисторів, так і на основі МДП-структур. Кількість елементів в базовому кристалі визначається рівнем технології і досягає 10 6.