Жива» теория
ся в качестве примера, водопроводным
краном — полностью закрытый кран не
должен протекать.
С та л о быть, перед разр аб отчи кам и
м икр опр оцессор ной техники встала з а -
дача по зам ене диоксида кремния ины-
ми м атериалам и , о б л ад аю щ и м и теми
же изолирую щ им и свойствами, но ис-
пользование которы х не потребует д ос-
тижения очень низкой толщ ины диэлек-
трического слоя.
Revolution in.
..
В ходе научных исследований такие ма-
териалы и соответствующие технологии их
изготовления были найдены, более того,
инженеры Intel уже приступили к внедре-
нию некоторых из них в м ассовое произ-
водство. Э то позволит сохранить набран-
ный отраслью за последние десятилетия
темп интеграции транзисторов на кристал-
лах микросхем и продлить действие зако-
на М ур а ещ е как минимум на десять лет.
П осле многолетних исследований ин-
женеры Intel предложили сразу два ре-
волюционных технологических решения
(high-k и metal gate), которые позволяют
преодолеть описанные в предыдущем раз-
деле сложности при развитии производ-
* ства чипов.
Для решения проблем токов утечки и
тепловыделения в Intel планируют зам е-
нить используемый на текущий момент в
качестве диэлектрика затвора тонкий слой
диоксида кремния более толстым слоем
соверш енно нового диэлектрика с высо-
ким диэлектрическим коэффициентом к,
так называемым
high-k диэлектриком
При-
менение high-k диэлектрика позволяет
очень сильно, примерно в 100 раз, сни-
зить ток утечки через изолирующий слой
в транзисторе.
high-k
— материал, который заменяет
диоксид кремния при изготовлении изоли-
рующего слоя затвора. Пом им о того, что
этот материал обладает прекрасными ди-
электрическими свойствами, он также соз-
дает хорош ее емкостное сопротивление
между затвором и каналом. А о б а этих
ф актора крайне желательны для достиже-
ния высоких эксплуатационных характери-
стик транзисторов. Применение материа-
лов на основе технологии high-k значи-
тельно уменьшает утечки
(рис. 4),
ибо эти
Рис.4
материалы могут иметь большую, чем ди-
оксид кремния, толщину
(рис. 5)
при со-
хранении тех же свойств.
Буква к указывает на способность это-
го материала сохранять электрический за-
ряд. Для того чтобы лучше понять процесс,
представьте губку. О н а впитывает много
Кремниевая
Кремниенан
подложит
п< сложил
Рис.5
воды. Д ерево тоже может впитать некото-
рое количество воды, но не так много, как
губка. Стекло вообщ е не может впитывать
воду. П од обно этому, некоторые материа-
лы могут хранить электрический заряд луч-
ше, чем другие, т.е. обладаю т высокой ве-
личиной к.
(К сож алению , точная инф ормация
о high-k пока держится в строжайшем сек-
рете, коммерческая, знаете ли, тайна, кон-
куренты-то не дремлют ©.)
Второе значительное достижение раз-
работчиков Intel в области новых техноло-
гий заключается в создании нового м ате-
риала (это сплав металлов, который так-
же покрыт © коммерческой тайной) для
затвора транзистора (т.н.
metal gate),
по-
скольку, как оказалось, новый high-k ди-
электрик плохо совместим с прежним м а-
териалом затвора — поликристаллическим
кремнием.
При совместном использовании диэлек-
трика затвора, изготовленного на основе
технологии high-k, и электрода затвора из
поликристаллического кремния возникают
две проблемы. Из-за некоторых дефектов
в области диэлектрика затвора/электро-
да затвора становится трудно отрегулиро-
вать пороговое напряжение на низком
уровне, необходимом для достижения вы-
соких эксплуатационных характеристик
транзистора. Возможно превышение по-
рогового напряжения, известное также как
превышение границы Ферми. Проблем а
решается, если электрод затвора изготов-
лен из материала, отличного от поликрем-
ния. Э тот материал различен для транзи-
сторов типов N M O S и P M O S .
Ф оновое рассеяние — второй нежела-
тельный эффект, который возникает при
совместном использовании диэлектрика за-
твора, изготовленного на основе техноло-
гии high-k, и поликремниевого затвора. Э то
явление ограничивает подвижность элек-
тронов и, следовательно, снижает эксплуа-
тационные характеристики микроэлектрон-
ных устройств. П роблем а «преодолевает-
ся» путем изготовления затвора из мате-
риала, отличного от поликристаллическо-
го кремния.
О чень важным является то, что специа-
листы корпорации Intel убеждены, что их
новые материалы можно будет интегриро-
вать в экономически эффективный произ-
водственный процесс массовой продукции
Транзисторы, созданные с использовани-
ем рассмотренных выше материалов, бу-
дут обладать рекордными по современным
меркам параметрами производительности.
Такие транзисторы сейчас рассм атрива-
ются в качестве базового варианта для из-
готовления будущих процессоров Intel в
рамках производственного процесса с про-
ектной нормой 45 нанометров. Э то тех-
процесс под кодовым номером 1266, на
основе 300-мм подложек, медных соеди-
нений, технологии «растянутого кремния»,
нового затвора и диэлектрика затвора. О н
будет запущ ен в м ассовое производство
уже в 200 7 году
(рис.
6
).
3(акон М ура п р о д о лж а е т
де й стію н а ть
Р856
P0S8
•ее
Р1292
Р1260
Р1270
— * " 1
1997
1999
2001
2003
**»
2009
2011
Гехпрочеес
026
«Я.0
••
—я»
«'V
И*» II w
it ~
22
им
200
200 яма»
яг
от
ж»
300
200
» мнения
А
)
М
вм" J и
С.
се
О.
-
7
t— '
8
.
Г— *
Ч реяе.Ьгм
- Si реет S
I
b z r *
SfO
j
14
м»,
8(0;
SIO
,
H
igh-« High«
торная
Поликр Попику Полнкр
. Полияр
кремний
кремний
Паям» ‘
“ таял Металл
'-------
-V---------й
mt«J
V
8 корпорации
Intel найдено решение,
продлевающее действие закона
v>, .
Рис.й
И в заверш ение этого раздела, опять
же, некоторый небольш ой дополнитель-
ный ликбез по транзисторны м техноло-
гиям Intel.
В
процессе миниатюризации транзи-
сторов уменьшаются площади их сечения
(а значит, и площади каналов для прохо-
ждения тока).
В
результате чего, согласно
действию объективных законов физики (как
известно, сопротивление проводника пря-
м о пропорционально удельному сопр о-
тивлению материала, из которого он из-
готовлен, а также его длине и обр атно
пропорционально площади поперечного
сечения, т.е. чем меньше поперечное се-
чение проводника, тем больш е его сопр о-
тивление) возрастает сопротивление элек-
трическому току, который проходит через
транзистор. В итоге, транзистор срабаты -
вает гораздо медленнее, чем хотелось бы,
а его тепловыделение, наоборот, увели-
чивается. Для преодоления этих проблем
инженеры-разработчики корпорации Intel
придумали, как «растянуть» кристалличе-
скую решетку в транзисторах, чтобы уве-
личить (или сократить) расстояние между
атом ам и и таким о б р а зо м «облегчить»
протекание тока.
Растянутый кремний
— технология, при-
меняемая для ускорения переключения
транзисторов (подробнее о ней см. ста-
тью
С.Крушневнча «В недрах /микросхем
2»,
МК, №50 (273)).
Как было рассказано р а-
нее, атомы кремния в канале упакованы
в упорядоченную пространственную ре-
шетку. Создание в пространственной ре-
шетке таких напряжений, чтобы атомы крем-
ния находились друг от друга на расстоя-
нии чуть большем, чем их естественное
расстояние, приводит к ускорению пере-
ключений транзисторов типа N M O S (сжа-
тие пространственной решетки вызывает
схожий эффект у транзисторов типа PMOS).
Инженеры подразделения Logic Tech-
nology Developm ent Division корпорации
Intel разроботали два независимых спо-
соб а «растяжения» кремния для разных
типов транзисторов
(рис. 7). В
N M O S -уст-
ройствах поверх транзистора в направ-
лении движения электрического тока на-
носится слой нитрида кремния
(5i3N4),
в
результате чего кремниевая кристалличе-
ская решетка и «растягивается». В P M O S -
устройствах эффект достигается за счет
нанесения слоя
SiGe
в зоне образования
№52/275 29 декабря-5 января 2003/04
предыдущая страница 20 Мой Компьютер 2004 52 читать онлайн следующая страница 22 Мой Компьютер 2004 52 читать онлайн Домой Выключить/включить текст