High-K технология metal gate.

Так для транзисторов 45 нм разрешения и ниже (32 нм, 28 нм) предложено взамен SiO ₂ использовать в качестве подзатворного диэлектрика диэлектрик по High-K технологии. Это диэлектрики совместимые с кремнием по механическим напряжениям и поверхностным состояниям, допускающие нанесение на поверхность подложек, выдерживающие последующие термические обработки и позволяющие реализовать современную литографическую гравировку высокого разрешения. При этом пленки моноатомных слоев должны быть термически стабильными и сохранять целостность, иметь минимальные токи утечки и не ухудшать подвижность носителей заряда в прилегающем полупроводнике. К таким диэлектрикам сегодня можно отнести двуокись гафния и двуокись циркония (HfO _2, ZrO ₂). Их можно испарять методами магнетронного и электронно- лучевого распыления.

Относительная диэлектрическая постоянная у HfO ₂ составляет 25, а у ZrO ₂ - 20, тогда как у SiO ₂ – 3,8. Более высокая диэлектрическая проницаемость этих диэлектриков позволяет обеспечивать приемлемую крутизну МОП транзисторов при более толстых подзатворных диэлектриках. При этом снижаются паразитные туннельные токи и токи утечки между затвором и другими областями транзистора. Для улучшения химического согласования с этими окислами в качестве материала затвора предлагают использовать HfSi и ZrSi, соответственно (силициды гафния и циркония).

Например, для транзистора с затвором длиной 30 нм и с подзатворным HfO ₂ толщиной 3 нм получена крутизна транзистора такая же, как и при использовании SiO ₂ толщиной 1,2 нм. При этом токи утечки затвора снизились почти на два порядка (более чем в 10 раз).

Допматериал. Формула порогового напряжения.

Вольтамперная характеристика идеального МДП транзистора, полученная в приближении плавного канала при учете только дрей­фовой составляющей тока и ряде других предположений может быть записана в виде:

где Z - ширина канала, L - длина канала, m - подвижность носителей заряда (м²/В*с), C_ox - емкость подзатворного диэлектрика(Ф/м²), V_G - напряжение на затворе, V_D - напряжение на стоке, V_T - пороговое напряжение.

Пороговое напряжение V_T соответствует началу сильной инверсии (y_s=2j_o) т.е. формированию инверсионного канала и открытию транзистора. Наличие захваченного заряда в диэлектрике Q_ox и на поверхностных состояниях Q_ss, а также контактной разности потенциалов Df_ms, приводит к сдвигу порогового напряжения:

В линейной области, когда справедлива формула (1) передаточная ВАХ I_D(V_G) также линейна и величина V_T может быть найдена экстраполяцией графика к оси абсцисс (рис.1).

Рис 1. Передаточная ВАХ в линейной области

В области насыщения (в условиях отсечки канала) передаточная ВАХ МДП транзистора I_D(V_G) имеет квадратичную форму:

(3)

↑↑↑ Конец. Формула порогового напряжения

Дата добавления: 2015-10-28