IBM и Intel объявляют вторую транзисторную революцию

Практически одновременно IBM и Intel объявили о разработке технологии, которая, вероятно, может положить начало второй транзисторной революции. Согласно имеющейся информации, прорыв удалось осуществить за счет использования в микросхемах диэлектриков на основе гафния.

В полупроводниковой промышленности уже более 40 лет в качестве диэлектрика в микросхемах используется двуокись кремния SiO2. В процессе эволюции технологии толщину диэлектрика управляющего электрода транзистора удалось, по данным Intel, в 65-нм процессе довести до 1,2 нм – это соответствует примерно толщине слоя в 5 атомов.

Вместе с тем, дальнейшая миниатюризация с использованием SiO2 осложняется растущими при этом токами утечки. Они, а также диссипация энергии являлись основными факторами, ограничивавшими дальнейший прогресс в области микроминиатюризации. Преодолеть возникшие проблемы удалось исследовательским коллективам компаний IBM и Intel, практически одновременно, год спустя после демонстрации первых образцов 45-нм чипов, объявившим о готовности к переходу на новую 45-нм производственную технологию.
Для перехода на новый масштабный уровень – 45-нм – ученые Intel решили использовать в качестве диэлектрика управляющего электрода транзистора материал с относительно высоким значением диэлектрической проницаемости (high-k диэлектрика) на основе гафния.

Это позволило обеспечить достаточную для предотвращения утечки толщину диэлектрика без ухудшения емкостных характеристик. Ранее сообщалось, что использование high-k диэлектриков позволит снизить ток утечки на 2 порядка – а возможно, и больше.
Помимо high-k диэлектриков, в чипах Intel используются также диэлектрики с низкой диэлектрической константой (low-k) из нитрида кремния (SiN) в сочетании с допированным углеродом оксидным материалом (carbon-doped oxide, CDO). Они позволяют снизить межконтактную емкость, что повышает скоростные характеристики чипа и также способствует снижению энергопотребления.

Переход к использованию в качестве диэлектрика материала на основе гафния потребовал решить проблему его плохой совместимости с кремниевым электродом затвора из-за двух факторов: «захвата» порогового уровня, или уровня Ферми (Fermi level pinning), и фононного рассеяния (phonon scattering).

Первый из них связан с возникновением дефектов на границе раздела проводника и диэлектрика, препятствующих снижению напряжения переключения транзистора. Второй вызывается поляризацией диэлектрика, приводящей к снижению подвижности носителей заряда и, как следствие, ухудшению скоростных характеристик транзистора.

IBM и Intel объявляют вторую транзисторную революцию