Пока AMD рассказывала о своих успехах в применении диэлектрических пленок с небольшой диэлектрической проницаемостью (low-k), на прошедшем на прошлой неделе форуме IEDM (International Electron Devices Meeting) обсуждались также перспективы использования пленок с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k). Наблюдавшийся в прошлом году пессимизм, похоже, сменился уверенностью в том, что технологии с использованием high-k оксидов будут разработаны и освоены к 2007 году (к началу внедрения 45-нм норм).
По мнению некоторых участников конференции, рост интереса к high-k пленкам начался после того, как в начале ноября Intel сообщила о выборе типов диэлектрической пленки и металлов для изготовления транзисторных контактов, которые могут быть использованы на 45-нм нормах.
Основной проблемой с использованием high-k пленок считаются возможное снижение подвижности носителей заряда и смещение порогового напряжения, что в сумме может привести к увеличению тока утечки. На один из возможных механизмов снижения подвижности носителей заряда, вызванное генерацией «мягких» фононов, связанных с электронами в канале проводимости, указал в прошлом году Макс Фишетти (Max Fischetti) из IBM T.J. Watson Research Center, предсказав также значительное снижение тока утечки. Этот механизм был подтвержден исследовательской командой Intel, которой удалось снизить обнаруженное IBM рассеяние фононов использованием затвора, состоящего из слоя нитрида титана поверх оксида гафния. Частично бороться с снижением подвижности носителей заряда также помогают технологии «напряженного кремния» (strained silicon), и в экспериментах Intel удалось повысить подвижность в слое напряженного кремния, расположенном между толстым сжимающим слоем и буферным слоем полупроводника, содержащим 10% атомов германия.
Что касается самих high-k пленок, то, к примеру, Texas Instruments работает с силикатами гафния уже более года и, по словам исследователей компании, смогла добиться подвижности, соответствующей 85% от подвижности двуокиси кремния (SiO2), но гораздо менее значительного тока утечки. Смещение порогового напряжения составило около 10 мВ.
Texas Instruments, как и большинство, предлагает использовать процесс химического замещения в парах (CVD, chemical vapor deposition), с предпочтением PMOS в качестве материала для изготовления транзисторных контактов. Toshiba же сообщила, что способна продолжать использовать напыление вплоть до 45-нм норм благодаря разработкам «мягких» технологий напыления металлов.
И Toshiba, и Texas Instruments используют в качестве диэлектриков пленки на основе силикатов, чей коэффициент диэлектрической проницаемости (k) считается не слишком высоким (mid-k). Однако ученые из Межуниверситетского Науйно-Исследовательского Центра (Interuniversity Microelectronics Center) IMEC считают, что к тому времени, как толщина слоя оксида достигнет 7-8 ангстрем (0,7-0,8 нм), потребуется еще большее значение k и, возможно, переход на оксиды гафния. Все сходятся во мнении, что возможности дальнейшего применения SiO2 уже исчерпаны.