🗊Презентация Ограничения уменьшения размеров МОП транзистора. (Лекция 2)

Лекция 2 Ограничения уменьшения размеров МОП транзистора

Зависимость выхода годных Y от минимального размера L м

Закон сохранения выхода годных  

1. Ограничения, связанные с дисперсией размеров пыли Зависимость числа осажденных пылинок от их размера Долят в общем объеме воздуха

Зависимость числа осажденных пылинок от их размера Доля в общем количестве 1/Rт т – технологический фактор Размер пылинки

Влияние размера дефекта и элемента на отказ ИС

Влияние размеров дефектов на степень интеграции ИС

Учет влияния дисперсии размеров дефектов на выход годных ИС. Y = exp (- AэМD0 ). Если D0 = D /lт где D – constant, l – минимальный топологический размер. т – технологический фактор, и Аэ = l2N , где N – число квадратов со стороною l , определяющих площадь элемента и тогда Y = exp (- l2NMD/lт ) = exp (- NMD/lт-2 ) Рациональный путь повышения М – увеличение значения технологического фактора - т!

2. Приборные (параметрические ) ограничения

Ограничения, связанные со смыканием областей ОПЗ истока и стока при уменьшении длины канала

Зависимость ширины ОПЗ от концентрации примеси и напряжения смещения

Логика закона масштабирования

Зависимость ширины ОПЗ от концентрации примеси и напряжения смещения

Пороговое напряжение МОП-транзистора Выравнивание зон Обеднение Инверсия = + + 2

Логика закона масштабирования

Пороговое напряжение МОП-транзистора Выравнивание зон Обеднение Инверсия = + + 2

Логика закона масштабирования

Логика закона масштабирования

Влияние масштабирования на параметры ИС   K - коэффициент масштабирования, Е - constant   Lk, Wк, Xок , Wмс, Hpn 1/k Nп k Uст 1/k E 1 ! Iст 1/k ( на один транзистор) tз 1/k ! P 1/k2 (на один транзистор) ! Ptз 1/k3 ( энергия затрачиваемая на операцию с 1 битом ) Rмс K ( при уменьшении лишь ширины дорожки межсоединений) Cмс 1/k Tз мс (Rм Cм) 1 !

График закона масштабирования

Ограничение графика закона масштабирования

3. Физические ограничения Подзатворный диэлектрик – основная проблема уменьшения размеров МОП транзистора

Зависимость величины туннельного тока через диэлектрик от напряжения на затворе

Зависимость ширины и длины канала от толщины подзатворного оксида кремния

Изменение толщины подзатворного диэлектрика

Использование альтернативных диэлектриков Эффективная толщина подзатворного диэлектрика Тэ = Тд кок / кд Тэ - эффективная толщина подзатворного диэлектрика Tд – толщина альтернативного диэлектрика кд и кок - коэффициенты диэлектрической проницаемости альтернативного диэлектрика и оксида кремния

Влияние диэлектрической проницаемости альтернативного диэлектрика на физическую толщину подзатворного диэлектрика

Микрофотография структуры с оксидом гафния

Ограничения, связанные с потерей полупроводником диэлектрических свойств

Ограничения, связанные с потерей полупроводником диэлектрических свойств

Электроперенос, ограничивающий масштабированное уменьшение толщины проводящих пленок + - t + - tот = J-n где tот - время до отказа ( час ), J – плотность тока ( А/см2), n - коэффициент ( 1 – при малом токе, 3 – при большом токе). При J = 106 А/см2 , tот= 3 месяца.

Конструктивные особенности масштабируемой системы металлизации

Конструктивные особенности масштабируемой системы металлизации

РЭМ - фотография металлизированной разводки

Ограничения, связанные с отводом тепла Максимальная отводимая мощность 20 Вт/ ( воздушное охлаждение) Максимальная степень интеграции М = 2х20Вт/1мкВт = 4х !

Предельные значения физических параметров

График закона масштабирования с учетом физических ограничений

Ограничения уменьшения размеров традиционного МОП транзистора

4. Технологические ограничения, связанные с процессом совмещения при литографии

Установка совмещения и экспонирования на участке фотолитографии

Таблица факторов, определяющих ПДР ( I = 3 мкм )

Масштабируемость ПДР

Таблица факторов, определяющих ПДР ( I = 3 мкм )

Электроперенос, ограничивающий масштабированное уменьшение толщины проводящих пленок + - t + - tот = J-n где tот - время до отказа ( час ), J – плотность тока ( А/см2), n - коэффициент ( 1 – при малом токе, 3 – при большом токе). При J = 106 А/см2 , tот= 3 месяца.

Конструктивные особенности масштабируемой системы металлизации

РЭМ - фотография металлизированной разводки

Причина немасштабируемости линии при литографии М

Методы самосовмещения в технологии ИС Self Aligned PSA, APSA, NSA, QSA, SST, VIST. SWAMI. SICOS

Самосовмещение с разнотолщинной маской с использованием открытого травления

Влияние температуры и среды на перераспределение примеси при окислении кремния (N в кремнии/N в оксиде)

Инверсионный канал по краю кармана р-типа

Распределение примеси по глубине при ионной имплантации

Самосовмещение с разнотолщиной маской с использованием ионной имплантации 1018 1017

Самосовмещение с помощью твердой маски

Самосовмещение с использованием электродов в качестве маски

Самосовмещение с использованием легированного поликремниевого электрода

Самосовмещение с помощью «спейсеров»

Самосовмещение с использованием Lift off («взрывной») технологии

Самосовмешение с использованием бокового подтравливания и «взрывной» технологии

Перекрестная металлизация Фотолитографии 1. Вскрытие окон под диффузию 2.Формирование М1 3. Вскрытие окон под контакты 4.Формирование М2

Самосовмещенный процесс создания перекрестной металлизации В скобках специфические травители

Самосовмещенный процесс создания перекрестной металлизации Последовательное травление окон в слоях и боковое подтравливание в специфических травителях и удаление фоторезиста

Самосовмещенный процесс создания перекрестной металлизации РИО алюминия

Самосовмещенный процесс создания перекрестной металлизации РИО нитрида кремния

Самосовмещенный процесс создания перекрестной металлизации Диффузия бора

Самосовмещенный процесс создания перекрестной металлизации

Фундаментальные физические ограничения уменьшения размеров