Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 12 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

23
пластин более 150 мм на большинстве операций технологического процесса обра-
ботка пластин становится поштучной (индивидуальной), что также соответствует
тенденции перехода на кластерное оборудование [24].
Рис. 9. Основные функциональные компоненты кластера
Важной причиной внедрения кластерного оборудования является возмож-
ность экономичного и эффективного использования разрабатываемых новых про-
цессов и материалов, реализуемых в унифицированных и совместимых процессных
модулях. При этом нет необходимости в изготовлении новых дорогостоящих уста-
новок с инфраструктурой, включающей системы загрузки, выгрузки и транспорти-
ровки пластин, обеспечение вакуумом и энергоносителями [24].
2. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СБИС
2.1. Субмикронные КМОП-СБИС
Сверхбольшие интегральные схемы на основе комплементарных МОП-
транзисторов (КМОП-СБИС) завоевали и до настоящего времени удерживают ве-
дущее положение на мировом рынке микроэлектронных изделий [5, 7]. Это обу-
словлено такими достоинствами интегральных КМОП-элементов, как высокое
входное сопротивление, отсутствие энергопотребления в статическом режиме и
низкая энергия переключения, позволяющие уменьшить потребляемую мощность,
высокая помехоустойчивость, широкий диапазон рабочих температур, технологич-
ность и относительно малый разброс параметров транзисторов по пластине, опреде-
ляющие высокий процент выхода годных кристаллов, простота схемной реализации
логических элементов, позволяющая сократить время проектирования КМОП-СБИС
и повысить качество проектных решений, полученных в полностью автоматическом
режиме и др. [13 – 16, 20, 21, 23].
24
Переход к субмикронным размерам и широкое использование технологий са-
мосовмещения позволило значительно повысить быстродействие КМОП-СБИС [3 –
5, 7]. Однако уменьшение длины канала и толщины подзатворного диэлектрика уси-
лило влияние ограничивающих факторов и короткоканальных эффектов. Эффект
смыкания р-n-переходов и туннелирование носителей заряда через тонкий диэлек-
трик затвора ограничивают минимальную длину канала МОП-транзисторов [23],
высокая плотность поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-
диэлектрик значительно снижает подвижность носителей заряда в приповерхност-
ном канале, накопление заряда в диэлектрике в результате проникновения горячих
электронов и захвата их ловушками на границе раздела обусловливает изменение
пороговых напряжений, модуляция длины канала напряжением стока приводит к
триодному характеру выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзисторов
и уменьшению помехоустойчивости интегральных КМОП-элементов. При длинах
каналов менее 200 нм существенное влияние на характеристики МОП-транзисторов
оказывают эффекты ударной ионизации, баллистического пролета, насыщения
дрейфовой скорости и др. [28 - 31]. Данные аспекты ограничивают использование
КМОП-элементов в устройствах сверхвысокого быстродействия, в результате чего
все более широко используются альтернативные виды элементной базы: на основе
полевых транзисторов с управляющими переходами Шоттки, гетероструктурных
биполярных транзисторов, селективно-легированных полевых транзисторов, тран-
зисторов на квантовых эффектах и др.
2.2. GaAs-СБИС на основе полевых транзисторов Шоттки
Арсенид галлия (GaAs) занимает важное место в технологии создания СБИС
повышенного быстродействия благодаря высокой подвижности электронов (8500
см
2
/(В·с) при температуре 300 К) и скорости насыщения дрейфа носителей (2·10
7
см/с) [28, 29]. Значительная ширина запрещенной зоны GaAs (1,42 эВ для Г-долины)
позволяет создавать на его основе сверхбыстродействующие гомоструктурные ин-
тегральные транзисторы, устойчивые к воздействию повышенной температуры и
ионизирующих излучений. Посредством добавления хрома в GaAs можно достичь
высокой концентрации глубоких уровней (вплоть до предела растворимости атомов
хрома – (2 - 3)·10
17
см
-3
), что позволяет формировать полуизолирующие GaAs-
подложки, имеющие удельное сопротивление до 10
8
Ом·см [29]. Такие подложки
обеспечивают низкий уровень паразитных связей между элементами интегральных
схем.
Существует достаточно много изоструктурных аналогов арсенида галлия –
полупроводниковых материалов, имеющих близкий к GaAs шаг кристаллической
решетки, что позволяет использовать GaAs в качестве основы для создания широко-
го класса гетероструктурных транзисторов, обладающих уникальными характери-
стиками [28]. Параметры некоторых из таких полупроводников приведены в табл. 1.

Страницы