Транзисторные структуры в современной микроэлектронике

Сентябрь 14, 2022

Главная
Алгебра
Транзисторные структуры в современной микроэлектронике

Содержание

2. История возникновения микроэлектроники Биполярный транзистор Начало развитию микроэлектроники было положено в 1947г., когда сотрудники «Лаборатории Белла»
3. История возникновения микроэлектроники Полевой транзистор Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии
4. История возникновения микроэлектроники Открытие интегральной микросхемы В 1958 году двое учёных, работавших в разных компаниях, изобрели
5. Биполярные транзисторы: архитектура, ВАХ, достоинства и недостатки
6. МОП транзисторы: архитектура, ВАХ, достоинства и недостатки Токи утечки – главный ограничитель миниатюризации приборов Преимущества: относительная
7. Межтранзисторная изоляция биполярных транзисторов Изоляция обратносмещенным p-n переходом Диэлектрическая изоляция n+ n+ SiO2 n n Si
8. Диэлектрическая межтранзисторная изоляция полевых транзисторов LOCOS STI n n n+ n+ p p n+ n+ p+
9. Структура транзистора технологического уровня 90 нм Число слоев металлизации в микрочипах по технологии 65-45нм: 9-15 уровней
10. Структура современного транзистора Аморфный кремний 50 нм TiN Al TiN 35 нм HfON 1,7 нм SiON
11. Технология СВЧ БИС БиКМОП SiGe Для изготовления ГБТ используется одна дополнительная маска; В рамках процесса возможно
12. Основные причины изменений
13. Основные задачи при уменьшении проектной нормы Проблемы(уменьшение разброса) технологических операций (Photo, Plasma Etch, Impl, CMP, Wet,
14. С каждым следующим поколением технологический рост производительности чипов все сильнее определяется новыми материалами, а не только
15. Проблема дальнейшего развития по Закону Мура: Удельное сопротивление Cu Поскольку шаг межсоединений продолжает сокращаться, более высокое
16. Задержки во внедрении Low-K для технологий уровня 90-45 нм Основной проблемой внедрения межуровневых диэлектриков с низкой
17. Оптическая литография Существующие способы литографии Оптическая проекционная литография, UV – 436, 404, 365 нм; Оптическая проекционная
18. Быстродействие транзистора
19. Транзисторные структуры с увеличенной подвижностью µ-enhanced Напряжения сжатия или растяжения Si3N4 в зависимости от параметров нанесения
20. Транзистор с полностью обедненным каналом (FD-SOI) 28-10 нм Основные производители: STMicroelectronics, Global Foundries, IBM Мировой технологический
21. Направления развития транзисторных структур ПОДВИЖНОСТЬ ПАРАЗИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ
22. Сравнение типового МОП транзистора с UTB FD транзистором По ITRS основной прогресс до 2028 года будет
23. Многозатворные транзисторы (FinFET) Общее направление большинства модификаций классической архитектуры полевого транзистора состоит в переходе к 3D-структуре
24. 2D затворы обеспечивают «масштабирование» при сохранении ширины канала W W n+ L Gate W2 W1 n+
25. Масштабирование транзисторных структур Прекрасные короткоканальные характеристики (SS и DIBL) Низкий DIBL (
26. Ограничения масштабирования длины затвора Начиная с 65 нм масштабирование длины затвора замедлилось. Размер контактного окна и
27. Развитие транзисторных структур Источник: T. Skotnicki et al. IEEE EDL, March’88 & IEDM’1994 Объемный кремний КНИ
28. Геометрия FinFET. Соотношение длины затвора L и ширины W Intel - технология Когда L/W [1] Malinowski
29. Полевые транзисторы с Fin каналом (FinFET) 20-7 нм
30. Полевые транзисторы с Fin каналом (FinFET) 20-7 нм Типовые конструкции Основные производители: Intel, Samsung Технологический уровень
31. Источники утечек приборов Источник: NEC (www.Nec.co.jp) и T.B.Hook et al IEDM Подпороговые утечки Перспективные решения: FINFET,
32. Горизонтальный ПТ с GAA затвором HNW транзисторы на подложках с изолирующим слоем на поверхности, например на
33. Вертикальный ПТ с GAA затвором (7-5 нм) Ключевой момент технологии – формирование нанопровода Два подхода изготовления
34. Способы реализации Top Down / Bottom Up Ограничение литографии Не идеальности вспомогательных методов Сложность заполнения узких
35. Достигнутые параметры VNW
36. Материалы с высокой подвижностью носителя
37. Выращивание Ge каналов
38. Сравнение материалов A3B5 Длина волны Дебройля (нм) Фактор квантовой коррекции двойного затвора: Классическое распределение Квантовая коррекция
39. Квантовый компьютер Квантовые вычисления базируются на квантовой когерентной суперпозиции и перепутанности. Квантовые вычисления идут в 2L
40. Технологический уровень 7 нм? Возможные варианты реализации транзисторных структур:
41. Сложности на уровне 10 нм и 7 нм Сложности на уровне 10 нм Нестабильность структуры транзистора
42. Вертикальный транзистор с поликремниевым затвором для 3D микросхем SONOS памяти Поперечное сечение
43. Технологические нормы
44. Туннельные транзисторы с p-n переходами, контактами Шоттки, двойным барьером Обеспечивает снижение подпорог. крутизны: SS меньше 60mV/dec
45. Спиновый транзистор Спиновый транзистор – полупроводниковый прибор, в котором величина протекающего спин-поляризованного тока варьируется поперечным электрическим
46. Одноэлектронный транзистор Источник: Песнов Д.Е., МГУ, 2010г. Идея транзистора предложена К. Лихаревым в 1986г., но до
47. HEMT – транзисторы с переносом в квантовой потенциальной яме QWET (In 0.7 Ga 0.3 As) на
48. 3D сборка на основе TSV Концепция приемопередающего модуля на основе кремниевого TSV – интерпозера
49. 3D сборка на основе прямых вольфрамовых соединений Технология трехмерной компоновки , позволяющая соединять чипы с помощью
51. Скачать презентацию

Слайд 2

История возникновения микроэлектроники
Биполярный транзистор
Начало развитию микроэлектроники было положено в 1947г., когда

сотрудники «Лаборатории Белла» Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн создали биполярный транзистор.
В 1956 году они были награждены Нобелевской премией по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».
Транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, совершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров.
Слово «транзистор» (transistor, образовано от слов transfer — передача и resist — сопротивление).

Уильям Шокли

Джон Бардин

Уолтер Браттейн

Слайд 3

История возникновения микроэлектроники
Полевой транзистор
Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были

зарегистрированы в Германии в 1928г. на имя Юлий Эдгар Лилиенфелд.
В 1934г. немецкий физик Оскар Хейл запатентовал полевой транзистор. Полевые транзисторы основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физике они существенно проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы задолго до биполярных.
Первый МОП-транзистор был изготовлен намного позже биполярного в 1960г. и микросхемы развивались на основе биполярного транзистора.
Только в 90-х годах прошлого века МОП-технология стала доминировать над биполярной.
В 1977 году Джеймс Маккаллахем из Bell Labs установил, что использование полевых транзисторов может существенно увеличить производительность существующих вычислительных систем.

С этого момента начала наступать эра полевых транзисторов.

Юлий Эдгар Лилиенфелд

Оскар Хейл

Слайд 4

История возникновения микроэлектроники
Открытие интегральной микросхемы
В 1958 году двое учёных, работавших в

разных компаниях, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на Texas Instruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor. Обоих объединил вопрос: «Как в минимум места вместить максимум компонентов?». Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить на одном монолитном кристалле из полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний.
В 1961 году Fairchild пустила интегральные схемы в свободную продажу, и их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.

Роберт Нойс

Джек Килби

Слайд 5

Биполярные транзисторы: архитектура, ВАХ, достоинства и недостатки

Слайд 6

МОП транзисторы: архитектура, ВАХ, достоинства и недостатки
Токи утечки – главный ограничитель

миниатюризации приборов

Преимущества:
относительная простота конструкции и технологичность
функционирует на основных носителях заряда, следовательно меньше требования к «чистоте» объемного материала
меньше p-n переходов, выходящих на поверхность
Недостатки:
высокие требования к чистоте поверхности исходной подложки
высокие требования к подзатворному диэлектрику
меньше рабочие токи
больше (в сравнении с БП) RC задержки

Слайд 7

Межтранзисторная изоляция биполярных транзисторов
Изоляция обратносмещенным p-n переходом
Диэлектрическая изоляция
n+
n+
SiO2
n
n
Si
p
Коллектор БТ
SiO2
p
n
n
p
p
p
p
n+
n+
Al

Слайд 8

Диэлектрическая межтранзисторная изоляция полевых транзисторов
LOCOS
STI
n
n
n+
n+
p
p
n+
n+
p+
p+
p+
p+

Слайд 9

Структура транзистора технологического уровня 90 нм
Число слоев металлизации в микрочипах

по технологии 65-45нм: 9-15 уровней

Число слоев металлизации в микрочипах по технологии 90нм: 9 уровней

Слайд 10

Структура современного транзистора
Аморфный кремний 50 нм
TiN Al TiN 35 нм
HfON 1,7

нм

SiON 1,4 нм

Слайд 11

Технология СВЧ БИС БиКМОП SiGe
Для изготовления ГБТ используется одна дополнительная маска;
В

рамках процесса возможно изготовление трех типов ГБТ с различными частотными характеристиками (ГГц):
fт/fmax (Vce (В)): 30/70 (7); 50/95 (4,2) 80/95 (2,4)
В сотрудничестве с компанией IHP ведется разработка элементов с частотой 16ГГц.

Слайд 12

Основные причины изменений

Слайд 13

Основные задачи при уменьшении проектной нормы
Проблемы(уменьшение разброса) технологических операций (Photo, Plasma

Etch, Impl, CMP, Wet, CVD, PECVD, LPCVD, PVD, LAD, RTP, Cu plating, Metro, Test).
2. Уменьшение задержки в RC-цепочках межсоединений . Их влияние на задержку сильно возрастает, т.к. задержка в транзисторе уменьшается, а в межсоединениях возрастает, необходима оптимизация.
Уменьшение уд. сопротивления металлической разводки и использование Low-K диэлектриков.
3. Снижение уровня утечек в активном и пассивном режимах . Возрастает плотность статической потребляемой мощности из – за токов утечек и становится сравнимой с динамической мощностью.
4. Обеспечение приемлемого значения сигнал/шум.
5. Обеспечение контроля электромиграции медных
проводников с помощью барьерных слоёв,
блокирующих диффузию.

Слайд 14

С каждым следующим поколением технологический рост производительности чипов все сильнее определяется

новыми материалами, а не только масштабированием

На начальных этапах развития микроэлектроники переход на новый уровень был возможен с помощью простого масштабирования, то по мере уменьшения норм до 1 мкм и менее такие переходы стали требовать сложных решений: коренных изменений процесса и оборудования фотолитографии, новых материалов, структур и т.п.

Слайд 15

Проблема дальнейшего развития по Закону Мура:
Удельное сопротивление Cu
Поскольку шаг межсоединений продолжает

сокращаться, более высокое электрическое сопротивление будет связано не только с удельным сопротивлением меди, но также и с другими источниками, например, рассеянием на границе зерен и поверхностным рассеянием электронов. Покрытие CoWP;
Как показано на рисунке, эти вторичные источники сопротивления начинают доминировать при минимальных размерах элементов ИС менее 30нм.

Слайд 16

Задержки во внедрении Low-K для технологий уровня 90-45 нм
Основной проблемой внедрения

межуровневых диэлектриков с низкой диэлектрической постоянной является то, что все другие изоляторы обладают худшими физическими свойствами (тепловыми, механическими, и/или химическими) по сравнению с SiO2.

Слайд 17

Оптическая литография
Существующие способы литографии
Оптическая проекционная литография, UV – 436, 404, 365

нм;
Оптическая проекционная литография, DUV – 248, 193 нм;
Оптическая иммерсионная литография, DUV – 193 i нм;
Оптическая проекционная литография, EUV – 13,56 нм;
DSA литография (как комплементарная к оптической проекционной, иммерсионной литографии);
Оптическая интерференционная литография;
Безмасочная оптическая проекционная литография;

Электронно-лучевая литография (ML1 – один луч);
Многолучевая электронная литография (ML2 – много лучей);

Голографическая литография;

Рентгеновская литография;

Ионно-лучевая литография;

Атомная литография;

Nanoimprint литография;

В маршрутах СБИС нашла массовое применение оптическая литография, сейчас находят применение многолучевая электронная и DSA литографии.

Слайд 18

Быстродействие транзистора

Слайд 19

Транзисторные структуры с увеличенной подвижностью µ-enhanced
Напряжения сжатия или растяжения Si3N4 в

зависимости от параметров нанесения

Остаточные напряжения после удаления Si3N4 (за счет рекристаллизации аморфизированного Истока и Стока)

Дифференциальные напряжения в КМОП паре с использованием Si3N4 и имплантации Ge+

Слайд 20

Транзистор с полностью обедненным
каналом (FD-SOI) 28-10 нм
Основные производители: STMicroelectronics, Global

Foundries, IBM

Мировой технологический уровень:
«28 нм» - 2012 г.
«14 нм» - 2014 г.
«10 нм» - прогнозируется 2016 г.

МОПТ на КНИ с сверхтонким нелегированным функциональным слоем кремния

Преимущества FD-SOI:
Отсутствие тока утечки
Снижение барьерных емкостей сток/исток
Хороший контроль короткоканальных эффектов

Learn more about FD-SOI technology - STMicroelectronics

Слайд 21

Направления развития транзисторных структур
ПОДВИЖНОСТЬ
ПАРАЗИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ

Слайд 22

Сравнение типового МОП транзистора с UTB FD транзистором
По ITRS основной прогресс

до 2028 года будет связан с КНИ - технологией

UTB FD - полевой транзистор с ультратонким (менее 10 нм) нелегированным полностью обедненным каналом (КНИ).
Основные преимущества UTB FD :
баллистический перенос носителей, увеличение тока и быстродействия
низкие токи утечки закрытого состояния

Типовой МОП транзистор

Слайд 23

Многозатворные транзисторы (FinFET)
Общее направление большинства модификаций классической архитектуры полевого транзистора состоит

в переходе к 3D-структуре

22 нм транзисторы ф.Интел

Слайд 24

2D затворы обеспечивают «масштабирование» при сохранении ширины канала W
W
n+
L
Gate
W2
W1
n+
n+
L
W=2W1+W2
Соотношение технологического уровня

и минимальных топологических размеров транзисторов

Слайд 25

Масштабирование транзисторных структур
Прекрасные короткоканальные характеристики (SS и DIBL)
Низкий DIBL (<10

mV/V) и SS около 60 mV/dec

Слайд 26

Ограничения масштабирования длины затвора
Начиная с 65 нм масштабирование длины затвора замедлилось.
Размер

контактного окна и длина затвора (нм)

В этой точке размер контактного окна становится равен размеру затвора

Размер контактного окна

Длина затвора

Слайд 27

Развитие транзисторных структур
Источник: T. Skotnicki et al. IEEE EDL, March’88 &

IEDM’1994

Объемный
кремний

КНИ

Многозатворные
структуры

Объемный
кремний

КНИ

Многозатворные структуры

Слайд 28

Геометрия FinFET. Соотношение длины затвора L и ширины W
Intel - технология

Когда L/W<1.5 DIBL, SS, Ioff существенно возрастают!
[1] Malinowski A. et al. Analysis of the Dispersion of Electrical Parameters and Characteristics of FinFET Devices //Journal of Telecommunications and Information Technology. – 2009. – С. 45-50.

Yongxun Liu et. al. J. Low Power Electron. Appl. 2014, 4(2), 153-167

Слайд 29

Полевые транзисторы с Fin каналом (FinFET) 20-7 нм

Слайд 30

Полевые транзисторы с Fin каналом (FinFET) 20-7 нм
Типовые конструкции
Основные производители:
Intel,

Samsung

Технологический уровень Si FinFET:
22 -14 нм

FinFET:
Гетероинтеграция
Мультиплицирование

Слайд 31

Источники утечек приборов
Источник: NEC (www.Nec.co.jp) и T.B.Hook et al IEDM
Подпороговые утечки
Перспективные

решения: FINFET, TFET, USJ

Затворные утечки

Перспективные решения: HK/MG

Активные утечки

Перспективные решения: VddScaling (III-V)

Слайд 32

Горизонтальный ПТ с GAA затвором
HNW транзисторы на подложках с изолирующим слоем

на поверхности, например на КНИ (SOI)

Простота формирования
Крутизна таких устройств более чем в два раза превышает крутизну обычных SOI (допороговая крутизна характеристики 60 мВ/декада при комнатной температуре)
Возможно выполнение таких устройств в гетероинтегрированной технологии.

J.P. Colinge at al., Silicon-on-insulator Gate-all-around device, IMEC, Kapeldreef 75,3030 Leuven, Belgium

A diagram of a three-dimensional indium-gallium-arsenide transistor, Peter Ye, Purdue University

Гомогенный ПТ

Гетероинтегрированный ПТ

Проигрывает в плотности упаковки VNW
Ограничен литографией при нанесении затвора

Слайд 33

Вертикальный ПТ с GAA затвором (7-5 нм)
Ключевой момент технологии – формирование

нанопровода
Два подхода изготовления

Carrier Proﬁling of Individual Si Nanowires by Scanning Spreading Resistance Microscopy Xin Ou at al.

Травление по маске

Нанесение фоторезиста

Проявление резиста

Старт с исходной Si подложки

Top Down Process

Bottom Up Process

Выбор области роста (стимулирование протекания ростового процесса)

Рост в локальной области подложки

Старт с исходной Si подложки

Слайд 34

Способы реализации Top Down / Bottom Up
Ограничение литографии
Не идеальности вспомогательных методов
Сложность

заполнения узких канавок

Top Down
Сверху вниз

Nanomold-based (Отливка наноформы)

Спейсерная технология

Bottom Up
Снизу вверх

S.T. Picraux at al., Silicon and Germanium Nanowires: Growth, Properties, and Integration

Переменное легирование по высоте нанопровода

Основная проблема – формирование канала и омического контакта снизу

Слайд 35

Достигнутые параметры VNW

Слайд 36

Материалы с высокой подвижностью носителя

Слайд 37

Выращивание Ge каналов

Слайд 38

Сравнение материалов A3B5
Длина волны Дебройля (нм)
Фактор квантовой коррекции двойного затвора:
Классическое
распределение
Квантовая

коррекция
верхнего затвора

Квантовая коррекция
нижнего затвора

Источник: J. Lacord et al., ST, SSDM 2011 W. Haensch et al., IBM, SSE 1989

Пороговое напряжение

Слайд 39

Квантовый компьютер
Квантовые вычисления базируются на квантовой когерентной суперпозиции и перепутанности.
Квантовые вычисления

идут в 2L – мерном гильбертовом пространстве.
Основные алгоритмы:
Алгоритм Гровера;
Алгоритм Шора;
Алгоритм Залки-Визнера;
Алгоритм Дойча-Йожи.
Кубит: ψ = α|↑> + β|↓>, где |α|2 + |β|2 = 1
Функция для двух частиц ψ = γ1|↑↑ > + γ2 |↑↓> + γ3 |↑↓| + γ4|↓↓>
не может быть разложена на множители ψ1 = α1|↑> + β1|↓>, ψ2 = α2|↑> + β2|↓>,
если γ1 = α1α2; γ2= α1β2; γ3= β1α2; γ4= β1β2 и γ1γ4=α1α2β1β2=γ2γ3=α1β2β1α2,
но γ1γ4≠ γ2γ3 возможное при ЭПР коррекции означает, что |αi|2 + |βi|2 ≠ 1

Слайд 40

Технологический уровень 7 нм?
Возможные варианты реализации транзисторных структур:

Слайд 41

Сложности на уровне 10 нм и 7 нм
Сложности на уровне 10

нм
Нестабильность структуры транзистора (металлический затвор) для минимального напряжения;
Паразитные явления низкого порядка;
Сложность «традиционного» повышения эффективности;

Сложности на уровне 7 нм (и ниже)
Проблемы с интеграцией структур новых устройств;
Электростатический контроль с новыми материалами для канала транзистора(s-Ge,III-V);
Нестабильность структур для низких напряжений Vmin < 0.5 V;

Слайд 42

Вертикальный транзистор с поликремниевым затвором для 3D микросхем SONOS памяти
Поперечное сечение

Слайд 43

Технологические нормы

Слайд 44

Туннельные транзисторы с p-n переходами, контактами Шоттки, двойным барьером
Обеспечивает снижение подпорог.

крутизны: SS меньше 60mV/dec .
Идеальный прибор для “зеленых“ приложений с ультранизким энергопотреблением.
Стоит задача увеличения тока открытого состояния

Перспективный МОП транзистор с двойным барьером

Слайд 45

Спиновый транзистор
Спиновый транзистор – полупроводниковый прибор, в котором величина протекающего спин-поляризованного

тока варьируется поперечным электрическим полем, меняющим направление спинов электронов в результате эффекта Рашбы.

Принцип работы транзистора

Ориентация спинов электронов в Истоке
Инжекция спин-ориентированных электронов в канал транзистора
Транспорт электронов и изменение их спина поперечном электрическим полем затвора в результате эффекта Рашбы;
Транспорт электронов в сток. Электроны с направлением спина, отличающимся от направления намагниченности стока, не проходят.

Конструкция спинового транзистора включает:
Исток– намагниченный ферромагнетик
Сток – ферромагнетик, намагниченный параллельно материалу истока.
Металлический затвор, положенный на HEMT-структуру
Тело транзистора с каналом в виде квантовой ямы с двумерным электронным газом

Исток

Сток

Затвор

Слайд 46

Одноэлектронный транзистор
Источник: Песнов Д.Е., МГУ, 2010г.
Идея транзистора предложена К. Лихаревым

в 1986г., но до сих пор имеются только лабораторные разработки одноэлектронных транзисторов (SET).

SET – транзистор с квантовой точкой в канале, обеспечивающей «кулоновскую блокаду» туннелирования электронов из Истока. Блокада снимается при изменении потенциала на затворе

Проблема: существенным ограничением работы таких устройств является низкая рабочая температура.

Слайд 47

HEMT – транзисторы с переносом в квантовой потенциальной яме
QWET (In 0.7

Ga 0.3 As) на кремнии (источник: Intel)

Преимущество – достижение исключительно высоких подвижностей при сложной технологии. Гибридная технология позволяет совмещать новые материалы с кремнием.
Разрабатываются технологии для использования оптических каналов передачи данных внутри одной микросхемы.

Слайд 48

3D сборка на основе TSV
Концепция приемопередающего модуля на основе кремниевого TSV

– интерпозера

Слайд 49

3D сборка на основе прямых вольфрамовых соединений
Технология трехмерной компоновки , позволяющая

соединять чипы с помощью прямых вольфрамовых соединений (SuperContacts) непосредственно друг с другом.

Данная микросхема имеет наибольшую на сегодняшний день плотность компоновки. Каждая пластина с высокопроизводительной логической схемой CMOS содержит десять слоев медных внутренних соединений, так что суммарное число слоев транзисторов равно восьми, а соединений — 80. При этом итоговый стек по толщине не отличается от обычного кристалла, поскольку толщина каждого слоя — всего 20 мкм.

Транзисторные структуры в современной микроэлектронике

Содержание

История возникновения микроэлектроникиБиполярный транзисторНачало развитию микроэлектроники было положено в 1947г., когда

История возникновения микроэлектроникиПолевой транзисторПервые патенты на принцип работы полевых транзисторов были

История возникновения микроэлектроникиОткрытие интегральной микросхемыВ 1958 году двое учёных, работавших в

Биполярные транзисторы: архитектура, ВАХ, достоинства и недостатки

МОП транзисторы: архитектура, ВАХ, достоинства и недостаткиТоки утечки – главный ограничитель

Межтранзисторная изоляция биполярных транзисторовИзоляция обратносмещенным p-n переходомДиэлектрическая изоляцияn+n+SiO2nnSipКоллектор БТSiO2pnnppppn+n+Al

Диэлектрическая межтранзисторная изоляция полевых транзисторовLOCOSSTInnn+n+ppn+n+p+p+p+p+

Структура транзистора технологического уровня 90 нм Число слоев металлизации в микрочипах

Структура современного транзистораАморфный кремний 50 нмTiN Al TiN 35 нмHfON 1,7

Технология СВЧ БИС БиКМОП SiGeДля изготовления ГБТ используется одна дополнительная маска;В

Основные причины изменений

Основные задачи при уменьшении проектной нормыПроблемы(уменьшение разброса) технологических операций (Photo, Plasma

С каждым следующим поколением технологический рост производительности чипов все сильнее определяется

Проблема дальнейшего развития по Закону Мура:Удельное сопротивление CuПоскольку шаг межсоединений продолжает

Задержки во внедрении Low-K для технологий уровня 90-45 нмОсновной проблемой внедрения

Оптическая литографияСуществующие способы литографииОптическая проекционная литография, UV – 436, 404, 365

Быстродействие транзистора

Транзисторные структуры с увеличенной подвижностью µ-enhancedНапряжения сжатия или растяжения Si3N4 в

Транзистор с полностью обедненным каналом (FD-SOI) 28-10 нмОсновные производители: STMicroelectronics, Global

Направления развития транзисторных структурПОДВИЖНОСТЬПАРАЗИТНЫЕ ЭФФЕКТЫЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ

Сравнение типового МОП транзистора с UTB FD транзисторомПо ITRS основной прогресс

Многозатворные транзисторы (FinFET)Общее направление большинства модификаций классической архитектуры полевого транзистора состоит

2D затворы обеспечивают «масштабирование» при сохранении ширины канала WWn+LGateW2W1n+n+LW=2W1+W2Соотношение технологического уровня

Масштабирование транзисторных структурПрекрасные короткоканальные характеристики (SS и DIBL) Низкий DIBL (<10

Ограничения масштабирования длины затвораНачиная с 65 нм масштабирование длины затвора замедлилось.Размер

Развитие транзисторных структурИсточник: T. Skotnicki et al. IEEE EDL, March’88 &

Геометрия FinFET. Соотношение длины затвора L и ширины WIntel - технология