ЭБНЭ_full
.pdf
Лекция 6. Переход к новым технологиям
Наибольший интерес для полупроводниковой индустрии представляет DIBL-эффект (drain-induced barrier lowering). Суть этого эффекта заключается в том, что из-за небольшой длины канала напряжение, которое применяется к стоку, может оказывать влияние и на исток, потому как сток сам по себе выступает в роли конденсатора.
Это означает, что эффективность затвора в плане контроля протекающего тока значительно снижается.
Для предотвращения действия эффектов короткого канала существует несколько технологий:
растянутый кремний (straining silicon),
кремний на изоляторе SOI (silicon on insulator),
металлический затвор с высоким значением диэлектрической константы (high-k metal gate) и
FINFET.
LDD – МОП транзистор
LDD (Lightly Doped Drain)-структура.
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 p-n-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.
Полученное таким способом снижение напряжённости электрического поля в канале на границе со стоком уменьшает энергию горячих электронов, которые вызывают долговременнуюдеградацию параметров транзистора. Слаболегированные LDD-области также повышают напряжение прокола, инжекционного и лавинного пробоя транзистора,
уменьшают DIBL-эффект и эффект модуляции длины канала.
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