ЭБНЭ_full
.pdf
затвор
SD
р
ТOPS
рn-
LDD
рn-
сток
As n+
As n+
оксидный
спейсер
As n+
Экспериментальные структуры с различными профилем примеси в стоке и перекрытием стока затвором
LDD – МОП транзистор
Подпороговые ВАХ для приборных структур SD, TOPS и LDD.
Vd = 5В, dox =8,5нм.
Напряженный кремний (straining silicon)
Впервые технология использовалась компанией Intel при производстве 90-нм процессоров в 2003 году.
Технология основана на естественном стремлении атомов соединения к упорядоченной ориентации друг относительно друга. При осаждении кремния на подложку из материала с отличным от него межатомным расстоянием кристаллической решетки атомы кремния стремятся выровняться в соответствии с атомами подложки. Если это расстояние больше, чем в кремнии, происходит
"растяжение" атомов последнего, т.е. кремний
оказывается напряженным и скорость дрейфа электронов будет на 70% выше, чем в обычном кремнии.
Путь электрона
Сравнение кристаллических решеток кремния и растянутого кремния
Напряженный кремний (straining silicon)
В технологии напряженного кремния в NMOS-транзисторах поверх транзистора в направлении движения электрического тока наносится слой нитрида кремния (Si3N4), вследствие чего кремниевая кристаллическая решетка «растягивается». В PMOSустройствах это достигается за счет нанесения слоя SiGe в зоне образования переносчиков тока - здесь решетка «сжимается» в направлении движения электрического тока, а потому «дырочный» ток течет свободнее. В обоих случаях прохождение тока значительно облегчается.
Толщина слоя напряженного кремния составляет примерно 10 нм, а толщина слоя Si1xGex – около 30 нм.
SOI -silicon-on-insulator
Кремний на изоляторе
В1963 году Гарольд М. Манасевит был первым, кто задокументировал эпитаксиальный рост кремния на сапфире.
В1965 году , CВ Мюллер и РН Робинсон изготовили МОП - транзистор с использованием способа кремний-на-сапфире (SOS).
SOS был впервые использован в аэрокосмической и военной промышленности из-за присущейему устойчивостик радиации.
Трудностии недостатки технологии КНС:
1.Увеличение стоимости пластин.
2.Несоответствиекристаллических решёток сапфира и кремния.
3.ПроникновениеAl в объем кремния.
4.Проблемы миниатюризации.
5.Проблемы теплоотвода.
SOI -silicon-on-insulator
Кремний на изоляторе
SOI -silicon-on-insulator
Кремний на изоляторе
ПреимуществаКНИ:
1.Уменьшение токов утечки.
2.Увеличение быстродействия и снижение энергопотребления.
3.Увеличение степени интеграции ~ на 30-40 %.
4.Повышение радиационной стойкости.
5.Увеличение предельной рабочей температуры
стоимость производства подложки по различным технологиям и на разном технологическом уровне.
SOI -silicon-on-insulator
Кремний на изоляторе
SOI -silicon-on-insulator
Кремний на изоляторе
Технологии изготовления:
1.Ионное внедрение;
2.Сращивание пластин;
3.Smart-cut метод.
Мотивация КНИ
Сравнение объемной (а) и КНИ технологии (б)
Активная область КНИ МОП транзистора, именуемая базой или «телом» (международный термин body), представляет собой тонкую кремниевую пленку между контактами стока и истока, изолированную со всех сторон слоями окислов
Скрытый или «захороненный» окисел (международный термин buried oxide, BOX), в КНИ структурах изолирует активную область прибора от подложки, а вертикальная изоляция (как правило, STI) делает невозможными токи утечки и тиристорный эффект между двумя соседними приборами.
Преимущества КНИ МОПТ
1.Область стока/истока расположена прямо над скрытым окислом,. Это дает уменьшение паразитных емкостей (на 30…50%) и соответствующее увеличение быстродействия из-за уменьшения времени задержки.
2.Из-за уменьшения паразитной емкости, уменьшается динамическое энергопотребление.
3.Улучшается электростатическое качество транзисторов за счет подавления геометрических короткоканальных эффектов.
4.В КНИ схемах отсутствуют эффекты влияния общей подложки на пороговые напряжения, как это имеет место в схемах объемной КМОП технологии.
5.КНИ транзисторы могут иметь очень малое (близкое к минимальному) значение
подпорогового размаха, что позволяет снизить пороговое напряжение до 0,3В, не увеличивая статические токи утечки.
6.Из-за высокой степени изоляции перекрываются пути для развития паразитного тиристорного эффекта (эффекта «защелки).
7.Боковая изоляция (например, изоляция типа «птичий клюв» (LOCOS), мелкими канавками (STI)) дает возможность более компактного расположения элементов и более простой технологии изготовления.
8.Отсутствуют ионизационные токи в p-n переходах при внешних импульсных ионизационных воздействиях.
SOI -silicon-on-insulator
Кремний на изоляторе
Основная проблема состоит в том, что КНИ-транзисторы имеют увеличенный подпороговый ток вследствие эффекта плавающей подложки, который устанавливает предел понижению потребляемой мощности в выключенном состоянии транзисторного ключа. Попытка понизить этот ток приводит к увеличению порогового напряжения, которое не позволяет уменьшить напряжение питания для уменьшения потребляемой мощности.
Кроме того, малая собственная ёмкость КНИ-транзистора перестаёт быть его преимуществом при дальнейшем сокращении размеров, поскольку уже в современных
СБИС задержка в межсоединениях превышает задержку в вентилях.