Глава 21. Микроэлектроника субмикронных СБИС

С уменьшением геометрических размеров транзисторов снижается площадь кристалла, уменьшаются паразитные ёмкости, улучшается быстродействие и снижается энергопотребление СБИС. За последние 30 лет длина затвора МДП-транзистора уменьшилась в 200 раз (с 10 мкм в начале 70-х годов до 40 нм в наши дни).

Таблица 21.1

Этапы развития ИМС фирмы Intel

Долгое время снижение размеров транзистора осуществлялось путём простого масштабирования, то есть пропорциональным уменьшением длины затвора, толщины диэлектрика и глубины залегания n-p переходов.

Переход проектных норм через границу 0,13 мкм в рамках

традиционной структуры транзистора наталкивается на ряд физических ограничений.

Основными проблемами при микроминиатюризации МДП-транзисторов являются:

∙туннелирование через затвор;

∙инжекция горячих носителей в подзатворный диэлектрик;

∙смыкание ОПЗ n-p переходов истокоа и стока («прокол»);

∙токи утечки в подпороговой области;

∙уменьшение подвижности носителей в канале;

∙увеличение последовательного сопротивления между истоком и стоком;

∙обеспечение запаса между пороговым напряжением и напряжением питания.

412

В настоящее время коммерчески доступной является технология с минимальными горизонтальными размерами элементов 65 нм, позволяющая реализовать массовое производство микропроцессоров класса Intel Pentium 4 на МДП-транзисторах с длиной канала менее 60 нм и толщиной подзатворного окисла порядка 1,5 нм.

21.1.Субмикронные МДП-транзисторы на полупроводниковых подложках

Наиболее распространённой конструкцией МДП-транзистора, используемой более 10 лет в полупроводниковой промышленности, является структура со слаболегированными областями стока и истока –LDD (Lightly Doped Drain) структура (рис. 21.1).

а) б)

Рис. 21.1. Типовая структура(а) и внешний вид топологии (б) субмикронного МДП-транзистора. Пунктиром показан ореол (halo), охватывающий LDD-

области истока и стока

Её особенностью является наличие мелких слаболегированных областей, которые удлиняют области истока и стока в сторону канала. Концентрацию легирующей примеси в этих областях (фосфор и бор) и режим её разгонки выбирают таким образом, чтобы получить плавный n-р переход. Обычно концентрация примеси составляет от 4·1018 до 8·1018 см–3, в то время как в n+- областях она достигает 5·1019 – 1·1020 см–3.

Врезультате происходит снижение напряжённости электрического поля

вканале на границе со стоком. Это уменьшает энергию горячих электронов, которые вызывают долговременную деградацию параметров транзистора. Слаболегированные LDD-области также повышают напряжение смыкания, инжекционного и лавинного пробоя транзистора, уменьшают эффект модуляции длины канала.

Контакты к областям истока, стока и к поликремниевому затвору

выполняют с промежуточным формированием слоя TiSi2 или CoSi2 толщиной порядка 40 нм, что обеспечивает удельное сопротивление около 5

413