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AMD在东京召开的“2003 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM,2003年固态元件及材料国际会议)”上,公布了采用(1)全空乏绝缘硅(Fully-depleted SOI,FDSOI)、(2)应变硅、(3)三栅极(Tri-Gate)和(4)金属(NiSi)栅极的栅长20nm硅晶体管。AMD研究员战略技术部的林明仁(照片1)表示:“该晶体管将超过正在制定半导体发展规划的国际机构ITRS(国际半导体技术规划)定于2003年底公布的2004年版栅长20nm晶体管的要求规格(Requested Specifications)”,强调了仍能进一步大幅提高硅晶体管的深次微米技术性能。
另外,AMD计划于2007年在量产中导入栅长20nm(45nm规格)的制造工艺技术,因此2004年必须确定其规格。在量产线中也极有可能导入此次开发的技术。如果该目标得以实现,就将提前两年实现2004年版ITRS规划。
林明仁发表的论文标题是《High Performance 45nm CMOS Technology with 20nm Multi-Gate Devices》。AMD此前已在研究学会议上发表了3篇论文--2002年发表的有关双栅极晶体管技术的论文、2003年6月发表的有关全空乏绝缘硅技术和在材料中采用NiSi的金属栅极和应变硅技术的论文。此次的发表的具体内容包括(1)在导入上述所有技术的同时,改进之处,比如(2)将多栅极定为3栅极,(3)仅用硅材料就实现了应变硅等。而且具有划时代意义的是连续晶体管结构为平面型(照片2和照片3)。
该平面型的构造的底板上是作为沟道的厚6nm~9nm的硅(水平方向沟道为65nm),并覆盖了一层厚1nm~1.3nm的栅绝缘膜--含氮二氧化硅(SiO2 with N2)。然后又用栅长20nm的NiSi金属栅极覆盖了硅的三个面。NiSi具有0.9GPa的张力,就是通过它影响硅的沟道部分而产生应变硅。这样一来,沟道就是平面型,与FIN形多栅极晶体管沟道相比,其特点是栅极能够有效地控制沟道。
据AMD的称,此次的晶体管在驱动电流“Ion”方面,nMOS和pMOS分别可达到1.802mA/μm和1.081mA/μm,延迟时间方面,nMOS和pMOS分别可达到0.24ps和0.41ps。超过了2004年版ITRS中栅长20nm的2009年要求规格nMOS:1.80mA/μm、pMOS:0.818mA/μm,nMOS:0.5ps、pMOS:1.1ps。另外漏电电流方面,nMOS和pMOS分别为13.3nA/μm和4.9nA/μm,同样低于ITRS的2009年要求规格70nA/μm。工作电压“Vdd”为1.1V。
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