Ограничения миниатюризации моп-транзистора, связанные с областями стока/истока
Структура транзистора с характерными размерами 0.1 мкм и соответствующая терминология, используемая ниже, приведена на рис.6. Под областями расширения стока/истока – SDE-области (source/drain extension) подразумеваются диффузионные области соединяющие канал транзистора с областями стока/истока.
Рис.6
Под перекрытием SDE – понимается расстояние перекрытия затвора областью расширения стока/истока SDE. Под металлургической длиной канала будем понимать расстояние между SDE-областями стока и истока.
Правила миниатюризации МОП-транзистора диктуют уменьшение в такой структуре глубины SDE-областей. Связано это, с необходимостью уменьшать количество заряда в канале, контролируемого стоком, что, в конечном счете, подавляет короткоканальные эффекты. Необходимые глубины р-п-переходов SDE-областей МОП-транзисторов в соответствии с планируемым развитием литографических норм приведены на рис. 7. Сегодня при 0.18-мкм нормах глубина SDE-областей составляет 40-80 нм.
В настоящее время разработаны технологии формирования ультратонких переходов. В качестве примера можно привести так называемую TED-технологию с использованием TED-эффекта (Transient Enhance Diffusion)-кратковременного увеличения скорости диффузии, связанного с диффузией по радиационным дефектам. Технология включает в себя аморфизацию поверхности кремния путем ионной имплантации кремния, ионную имплантацию при низкой энергией примеси и далее быстрый термический отжиг, при котором происходит твердофазная эпитаксии аморфизированного слоя и активация примеси. По такой технологии в настоящее время получают р-п-перходы глубиной порядка 30нм. Альтернативная технология формирования ультратонких SDE-областей – технология диффузии из поликремниевого спейсера, удаляемого впоследствии, отличается достаточно низким температурным циклом, позволяющим формировать SDE-области ультратонкой толщины при максимальной концентрации примеси.
Таким образом, с точки зрения технологии нет особых препятствий по снижению глубины переходов SDE-областей.
Однако было выявлено, что транзисторы с очень короткой длиной канала, менее 0.05-мкм, с ультратонкими SDE-областями и с малыми SDE-перекрытиями, однако транзисторы имели более низкий, чем ожидалось при такой длине канала, ток стока. Объяснить низкий ток можно следующими предположениями.
Рис.7
Первое - глубина SDE-областей слишком мала, что приводит к существенному увеличению внутреннего сопротивления сток-исток, второе - слишком мало перекрытие SDE-областей затвором, что также приводит к снижению тока транзистора.
К сожалению, уменьшение глубины SDE-областей сопровождается увеличением внутреннего сопротивления транзистора, и с определенного уровня такое уменьшение не должно приводить к улучшению характеристик прибора. Внутреннее сопротивление транзистора зависит как от глубины перехода, так и от перекрытия SDE-областью затвора. Установлено, что при перекрытии SDE-области затвором менее 15-20 нм наступает деградация тока насыщения транзистора, связанного со значительным увеличением внутреннего сопротивления сток-исток.
Таким образом, для предотвращения деградации тока транзистора минимальное перекрытие SDE-области затвором должно составлять не менее 15-20 нм, а уменьшение глубина SDE-области ниже 30-40 нм, необходимое для дальнейшей миниатюризации транзистора с характерными размерами менее 0.1 мкм не приводит к улучшению его характеристик.