Como as linhas de cruzamento são implementadas nos microchips?

Eu sempre imaginei que a fabricação de microchips fotolitográficos fosse um processo de criação de camada 2D sem camadas, criando assim um problema topológico para circuitos quando você tiver alguns ou , o que certamente seria o caso de qualquer não trivial Projeto.$K_{3,3}$$K_5$

E existem documentos por aí falando sobre a produção de chips "3D" com várias camadas para economizar espaço, aumentando assim a confusão.

Sim, isso é triste, mas foi o que aprendi na escola, um monte de enigmas misteriosos. Não é de admirar que as pessoas comecem a teorias da conspiração sobre alienígenas nos fornecendo essas tecnologias.

Então, como podemos construir processadores e chips complexos usando apenas uma topologia 2D?

Acontece que não são camadas, mas as pessoas às vezes ignorar aqueles quando se fala sobre como um microchip funciona.

O processo que introduz as camadas é chamado Back end of line, ou BEOL .

Basicamente, funciona assim:

• Crie a camada de chip 2D usando fotolitografia
• Aplique uma camada isolante
• Faça furos nessa camada
• Aplique uma camada condutora, preenchendo também os orifícios criados e crie caminhos ou interconexões de circuitos
• Repita essas etapas sempre que necessário e seu processo de fabricação e talvez outras considerações, como o design térmico, permitam

Sempre houve pelo menos duas camadas condutoras nos chips que podem ser usadas para rotear sinais - o próprio silício e pelo menos uma camada de metal.

Nos primeiros processos de fabricação que possuíam apenas uma camada de metal, "jumpers" que permitem a passagem de sinais podem ser criados difundindo ou implantando um caminho condutor no silício a granel ou criando um caminho no "poli" (silício policristalino) ) que foi usada para os portões MOSFET em alguns processos. Vias (orifícios) na camada isolante de óxido de silício permitiram que a corrente flua entre as camadas, quando necessário.

Os chips modernos, especialmente os chips lógicos de alta densidade e alto desempenho, têm muitas camadas de metal e óxido - 6 ou 8 ou mais, semelhantes a um PCB de várias camadas.

Aqui está o SEM (Scanning electron micrograp) mostrando uma seção transversal na largura de dois transistores.

As etiquetas no lado direito são função / posição na pilha. Etiquetas no lado esquerdo são materiais.

A estrutura vertical preta que conecta o portão à 1ª camada de metal é chamada de contato. É composto por uma camada de semente de titânio, uma camada de barreira A TiN e um tampão de tungstênio.

Via's entre camadas entre M!, M2, M3 e M4 não são mostrados.

Como bônus, há algo muito incomum nessa estrutura. qualquer um pode dizer o que é? responder nos comentários.