IEDM: самые передовые полупроводниковые технологии

23 декабрь, 2003 - 00:00Алексей Гвозденко
Начнем наш небольшой отчет с IBM, анонс исследовательского подразделения которой -- IBM Research -- уже традиционно привлек к себе особое внимание. Компания сообщила о том, что ее специалистам впервые удалось разработать технологию получения наноструктур, основанную на механизме молекулярной самосборки, которая "совместима" с традиционными методами изготовления полупроводниковых компонентов.

Ученые IBM, применяя самоорганизующиеся полимерные молекулы, смогли создать нанокристаллический массив, способный служить основой для микросхем флэш-памяти (данный тип чипов был выбран исключительно "по соображениям удобства" -- как известно, флэш-память IBM не выпускается). Путем самосборки эти молекулы образовывали на кремниевой подложке правильную гексагональную решетку с шагом около 40 нм (диаметр "пустот", находящихся в узлах решетки, равнялся 20 нм). Она выполняла роль своеобразного трафарета для воспроизведения полученной наномолекулярной картины в оксиде кремния и формирования требуемой нанокристаллической структуры.

Ширина канала в многозатворных транзисторах, полученных специалистами AMD, на данный момент составляет 60 нм

По заявлению компании, результаты исследований ее специалистов позволят существенно упростить изготовление полупроводниковых устройств с нанометровым уровнем детализации. Как полагают в IBM, пилотное промышленное внедрение метода самосборки может начаться через 3--5 лет. В дальнейшем же она, вполне вероятно, станет инструментом для получения "трехмерных" микросхем.

Инженеры AMD в свою очередь обнародовали ряд новых подробностей о своих последних достижениях в сфере транзисторных технологий, которые, по их утверждению, в конечном итоге позволят создавать высокопроизводительные полупроводниковые компоненты с проектной нормой 45 нм.

В AMD в настоящее время ведутся активные разработки в области многозатворных транзисторов на основе полностью обедненного кремния на изоляторе (FDSOI -- Fully Depleted SOI). Сообщается, что они будут использовать металлические затворы (изготовленные из силицида никеля вместо поликристаллического кремния) и иметь "локально напряженный" канал. Как подчеркивают специалисты AMD, подобный подход сам по себе обеспечивает более чем двукратное увеличение быстродействия, и плюс к этому еще необходимо учитывать прирост производительности, достигаемый за счет повышения уровня детализации. Кроме того, они утверждают, что их решение является более эффективным в сравнении с применяемым рядом фирм изолятором с малой диэлектрической проницаемостью (low-k), который при определенных режимах способен оказывать негативное влияние на функционирование транзисторов.

Еще одна презентация, посвященная транзисторным технологиям, была проведена Texas Instruments совместно со Швейцарским федеральным технологическим институтом (Лозанна). Они представили метод реализации логических функций с помощью одноэлектронных транзисторов (SET -- Single Electron Transistor), предусматривающий их использование в сочетании с традиционными КМОП-транзисторами, что должно обеспечить достижение уровней детализации, недоступных для одной лишь КМОП-технологии; при этом также будет значительно снижено потребление энергии полупроводниковыми устройствами. Как полагают в TI, подобный подход первоначально сможет применяться для изготовления микросхем памяти и некоторых измерительных приборов (таких, как термометры и сверхчувствительные электрометры).

В технологии самосборки от IBM используются полимеры, образующие гексагональную структуру

Кроме того, TI обнародовала результаты своих пятилетних исследований, целью которых было получение изолятора с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k), предназначенного для использования в микроэлектронных компонентах следующего поколения. Как отмечают специалисты компании, такие изоляторы помогут удержать величину токов утечки в допустимых пределах при уменьшении размеров транзисторов в микросхемах. На данную роль TI предлагает кремниевый оксинитрид гафния (HfSiON), который, как удалось установить ее инженерам, обеспечивает необходимые уровень тепловой и электрической совместимости со стандартным КМОП-процессом, подвижность носителей заряда (она составляет примерно 90% от аналогичного показателя для диоксида кремния) и стабильность порогового напряжения. В принципе, потенциал диэлектриков на основе гафния известен в индустрии довольно давно, однако сложность заключалась в подборе оптимального компонентного состава соединений, и на решение именно этой задачи были направлены усилия TI.

Hitachi и Renesas Technology сообщили о разработке самой миниатюрной на сегодняшний день флэш-ячейки (в расчете на один бит) -- ее площадь равна 0,0162 кв. мкм. Речь в данном случае идет о памяти, основанной на архитектуре AG-AND (Assist Gate-AND), использующей многоуровневые ячейки и изготовляемой по 90-нанометровому производственному процессу; следует также упомянуть, что она обладает скоростью записи информации до 10 MBps. К коммерческому выпуску чипов на базе анонсированной технологии, имеющих емкость 4 Gb, Renesas рассчитывает приступить в третьем квартале следующего года. Как считают в компании, они найдут широкое применение во флэш-картах нового поколения, главным требованием к которым станут высокое быстродействие и компактность.

Другой рекорд в области флэш-памяти был представлен на конференции инженерами Samsung Electronics: они объявили о создании микросхемы с самой маленькой ячейкой для технологии NAND -- ее площадь составляет 0,025 кв. мкм. Емкость продемонстрированного чипа равняется 4 Gb, а уровень детализации -- 70 нм.

Обратила на себя внимание и еще одна разработка от Samsung -- флэш-память, в которой используется туннельный эффект (он реализуется с помощью специальных нитрид-оксид-нитридных барьерных структур). По утверждению экспертов, такой подход позволяет добиться 100-кратного увеличения производительности в сравнении с традиционной NAND-архитектурой. Согласно заявлению Samsung, данная технология является высокомасштабируемой и может быть реализована с помощью обычного КМОП-процесса с проектной нормой 0,24 мкм.

И в заключение еще об одном рекорде -- на сей раз от компании NEC. Она объявила о создании самого микроскопического на текущий момент транзистора -- с длиной затвора всего 5 нм, т. е. более чем в 10 раз меньше, чем у транзисторов, из которых состоят наиболее передовые на сегодняшний день полупроводниковые компоненты. Предыдущий рекорд -- 6 нм -- принадлежал IBM. Как отмечают специалисты, при подобных масштабах можно будет разрабатывать настольные системы, по быстродействию сопоставимые с нынешними суперкомпьютерами, -- в частности, процессор площадью 1 кв. см сможет содержать до 40 млрд. транзисторов. Правда, массового внедрения такой технологии стоит ожидать не ранее чем через 15--20 лет.