Особенности масштабирования МОПТ

Прогресс в развитии электронных микросхемах характеризуется эмпирическим законом Гордона Мура (Gordon Moore). Обеспечение выполнения этой закономерно­сти определяется развитием знаний в области физики полупроводников и материа­лов, а также принципов построения МДП-транзисторов с все более меньшими (мас­штабированными) геометрическими (топологическими) параметрами.

Традиционная структура МОПТ обеспечила снижение длины затво­ра от 10 мкм в 70-х годах двадцатого столетия до 0,045 мкм в настоящее время путём простого масштабирования, то есть уменьшением длины затвора, толщины диэлек­трика и глубины залегания p-n-переходов. Однако переход проектных норм через границу 130 нм (область наноразмерных элементов) в рамках традиционной конст­рукции наталкивается на физические ограничения. Таким образом, нано-МОПТ должны иметь иную структуру и использовать новые материалы.

Принцип масштабирования состоит в том, что если сохранять посто­янное значение напряженности электрического поля при уменьшении размеров МОПТ, то параметры ИС улучшаются. Это значит, что если, например, сократить длину затвора в nраз и одновременно во столько же раз понизить рабочее напряже­ние (значение напряженности при этом не изменится), время задержки логического элемента также уменьшится в nраз. Отсюда и жесткая зависимость размеров эле­ментов интегральных микросхем от их производительности. Однако при перехо­де к наноразмерным элементам закон масштабирования не соблюдается из-за возни­кающих специфических проблем, свойственных наноэлектронике.

Основными проблемами нано-МОПТ являются туннелирование через затвор, инжекция горячих носителей в окисел, сквозное обеднение канала, утечки в подпороговой области, уменьшение подвижности носителей в канале, увеличение последовательного сопротивления между истоком и стоком, необходи­мость обеспечения запаса между пороговым напряжением и напряжением питания. Транзистор должен иметь слабую зависимость порогового напряжения от напряже­ния на стоке, от длины и ширины канала, а также большую передаточную проводи­мость, большое выходное сопротивление, малое сопротивления областей истока и стока и большую нагрузочную способность. Емкости затвора и р-п-переходов должны быть минимальны. Разброс параметров техпроцесса, который растёт с уменьшением разме­ров транзистора, не должен снижать процент выхода годных кристаллов.

Таблица 4.1–Масштабирование параметров МОПТ согласно NTRS