chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)

新型器件結構目前研發(fā)焦點“無光源”納米結構制備技術chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!19001950196019702000VacuumTubeTransistorICLSIULSI10cmcmmm10mm100nm一百年中，電子開關器件的關鍵（最?。┏叽缈s小106倍!10-1

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m器件幾何尺寸的持續(xù)減小成就了微電子技術的無處不在，產(chǎn)生了無數(shù)的應用，造就了信息社會。DownScaling：Enablerchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!器件幾何尺寸的減小直接導致：1、減小寄生電容，由此減小MOSFET的開關時間

減小功耗2、增加單位面積晶體管的數(shù)量

增強電路功能

促成并行運算

增大運算速度器件幾何尺寸的減小最為關鍵、有效Prof.Iwai,TokyoInstTech.為什么要減小器件的幾何尺寸?chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!集成電路特性的改善和成本的降低主要是通過晶體管幾何尺寸持續(xù)不斷地減小得以實現(xiàn)的。集成電路工藝的發(fā)展和進步Performance↑/Cost↓MarketGrowthITRS，InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductorsTransistorScalingPITCHInvestment

YEAR:20042007201020122014HALF-PITCH:65nm45nm32nm22nm15nmchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!體硅MOSFET技術CurrentflowingbetweentheSourceandDrainiscontrolledbythevoltageontheGateelectrodeSubstrateGateSourceDrainMetal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor:柵長,Lg絕緣氧柵厚度,Tox結深,XjM.Bohr,IntelDeveloperForum,September2004GSDcourtesyofProf.KurodaKeioUniversity)期望得到的MOSFET特性:開啟時驅(qū)動電流要大（HighONcurrent）關閉時漏電流要?。↙owOFFcurrent）|GATEVOLTAGE|CURRENTVTchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!為什么需要新的晶體管結構?當溝道長度Lg減小時，漏電流必須得到有效的控制漏電流同時也發(fā)生在遠離溝道的表面區(qū)Let’sgetridofit!DrainSourceGateThin-BodyMOSFETBuriedOxideSourceDrainGateSubstrate“Silicon-on-Insulator”(SOI)WaferLgchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!雙柵“FinFET”PlanarDG-FETGateSourceDrainGateTSiFinWidth=TSi

LgGATESOURCEDRAIN20nm10nmY.-K.Choietal.,IEEEInt’lElectronDevicesMeeting200115nmLgFinFET:FinHeightHFIN=W/2D.Hisamotoetal.,IEEEInt’lElectronDevicesMeeting,1998N.Lindertetal.,IEEEElectronDeviceLetters,p.487,2001FinFETSourceDrainGateLgchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!目前研發(fā)焦點:如何增大驅(qū)動電流？CourtesyProf.Saraswat(StanfordUniversity)LowS/Dresistancechap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!后端工藝中的一些關鍵技術Prof.Iwai,TokyoInstTech.原子層級淀積Atomiclayerdeposition(ALD)實現(xiàn)銅籽晶層和擴散阻擋層淀積的原子層級控制多孔金屬間介質(zhì)薄膜的材料和工藝有效地減小互連體系中的寄生電容大馬士革工藝Damasceneprocessing實現(xiàn)取代傳統(tǒng)鋁布線的先進銅互連技術三維多層金屬布線Multilevel-multilayermetallization，3D有效使用珍貴的硅表面，實現(xiàn)超大規(guī)模集成技術等等chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!關鍵尺寸<100nmResistCourtesyPer-ErikHellstr?m（Hellberg）“無光源”納米結構制備技術chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!為什么“光刻”技術如此成功?價格方面：

193nm光刻設備~20M$

一套光刻版~1M$高分辨率并能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)！

~100wafers/hourchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!適用于小批量制備/制造的納米級“光刻”電子束曝光，EBL：Electron-BeamLitho納米壓印，NIL：Nano-ImprintLitho“側(cè)墻轉(zhuǎn)移”，STL：Sidewall-TransferLithochap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!EBL的分辨率高能：100keV高對比度的光刻膠薄光刻膠用疊層光刻膠用“硬膠”HardmaskWaferThickresistThinresistWaferHardMaskchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!NIL工藝流程和特征壓印及UV光輻照Stepandflash分辨率~10nm任意圖形石英母版復制實用版方法套刻精度

~1μm，有聲稱到100nm的C.R.K.MarrianandD.M.Tennant,JVST,200350nmpillarsafter500imprintswiththesamemasterchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!NIL在多柵納米晶體管FinFET中應用實例chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSi0.2Ge0.8Resist“側(cè)墻轉(zhuǎn)移”

STL的工藝流程，1目標：制備納米級多晶硅柵（紅色條塊）chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSi0.2Ge0.8SiNSiNSTL的工藝流程，3chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSiNResistSTL的工藝流程，5chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSTL的工藝流程，7SiNchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!FinW=35nmFinH=27nmL=70nmZhang&Qiuetal.IEEEEDLMay2008AlwiringContactholestoS/DDoubleFinchannelGateFinFETproducedusingSTLtwicechap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!2nlinesafterniterationsofspacerlithography!1stSpacers2ndSpacers3rdSpacers運用STL技術產(chǎn)生高密度圖形Photo-lithographicallydefinedsacrificialstructuresY.-K.Choietal.,JVST-B21,2951-2955(2003)chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!STLEBArFKanekoet.al.,IEDM2005用STL制備線條的線寬不均勻性非常小!STLchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!WakabayashiNECLengthof18SiatomsIt’sreal(nano-device)!!chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!MOSFET：一個低功耗、效率高的邏輯開關Pwelln+sourcen+drainGateoxiden+polygateGatespacerVGLog(ID)IdealswitchVtIonIoffMOSFETswitchIoffLWS/CWD/CSourceDrainVG=VDChannelBCPVD------------N+N+N+----LWS/CWD/CSourceDrainVG=0ChannelBCPd------------N+N+N+AfterF.BOEUF,MIGAS2006chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!薄體MOSFET使用薄體可以有效地控制漏電流，要求：TSi<Lg雙柵結構更有利于溝道的縮短，可至Lg<10nmUltra-ThinBody(UTB)BuriedOxideSubstrateSourceDrainGateTSiLgDouble-Gate(DG)GateSourceDrainGateTSichap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!Φ<14nmΦ<10nmABMetalGateNanowireChannelMetallicSourceMetallicDrainHigh-KgatedielectricSpacerSpacerABLG<10nmd<14nmd<10nm一種可能的未來MOSFET的結構chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!前端工藝中的一些關鍵技術原子層級淀積Atomiclayerdeposition(ALD)實現(xiàn)柵氧層淀積的原子層級控制脈沖激光退火Pulsedlaserannealing實現(xiàn)超快、低“熱預算”（即小Dt）高溫退火等離子浸沒式注入Plasmaimmersionimplantation實現(xiàn)超淺離子注入高電導溝導工程Highmobilitychannel實現(xiàn)局域壓縮或拉伸應力等等Prof.Iwai,TokyoInstTech.chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!GraphenesheetSingle-walledcarbonnanotube(SWNT)Variouskindsofsemiconductingnanowires:Si,Ge,InSb,GaAs,SiC,GaN,ZnO,etc.chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!Ref：KLATencorWavelength(I)LinewidthDeepSub-wavelengthLithoSub-wavelengthLithoOPCat180nmAggressiveOPCat<130nmProcesswindowshrinkingonaverage>30%foreachnodeImmersionLithography350nm365nm180nm248nm193nm130nm90nm65nm45nmPROCESSCONTROL:THEINVESTMENTTHATYIELDSNovelProcessing（工藝革新）：EnablerProf.Iwai,TokyoInstTech.chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!光刻基本要求理想的光刻分辨率ResolutionGood圖形PatternshapeAny大、小圖形混合Large&smallpatternsYes對準精度AlignmentGood產(chǎn)量ThroughputHigh初始價位InitialcostLow運行費RunningcostLowchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!EBL的特征和優(yōu)點直寫、靈活任意形狀

<0.1nm束斑直徑/寬~5nmchap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!EBL分辨率的提高使用不同光刻膠的對比相等亮/暗線寬的分辨率chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!NIL在大尺寸硅片上應用實例chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!NIL制作的互連雙大馬士革結構。減少制作步驟。chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSi0.2Ge0.8SiNSTL的工藝流程，2chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSiNResistSTL的工藝流程，4chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!TopviewCrosssectionWaferSiO2poly-SiSiNResistSTL的工藝流程，6chap13未來趨勢與挑戰(zhàn)共41頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!10poly-SilinesWidth=45nmpoly-SicontactH=15nmW=15nmpoly