Инновация IBM с воздушным спейсером пролагает путь к 10-нм FinFET чипам

Это третья из четырехчастей серии о передовой статьях IBM, представленных на IEDM 2016.

International Electron Devices Meeting широко считается мировым премьерным форумом для прорывных исследований в полупроводниковой и электронной технологии, дизайне, производстве, физике и моделировании. На этом году конференции в Сан-Франциско IBM продемонстрировал сканирующий зондовый термометр, технику воздушного спейсера для 10-нм чипов, 7-нм устройство и даже инновации с углеродными нанотрубками — все нацеленные на расширение Закона Мура и изучение новых архитектур.

Среди четырех подсвеченных статей IBM, третья фокусируется на «Air Spacer for 10 nm FinFET CMOS and Beyond». Д-р Кангуо Чэн, старший технический сотрудник и Мастер-изобретатель IBM Research Albany Nanotech Center, возглавил команду, продемонстрировавшую, как простой воздушный зазор может драматически снизить паразитную емкость в транзисторах следующего поколения.

Пока 10-нм узлы уже производимы, переход к 10-нм сталкивается с критическим препятствием: паразитная емкость. По мере уменьшения транзисторов изолирующие зазоры между контактами становятся пропорционально меньше, позволяя нежелательному заряду накапливаться. Когда транзистор переключается, этот накопленный заряд высвобождается, вызывая и более медленное распространение сигнала, и более высокое потребление энергии — в конечном счете приводя к повышению тепла и снижению надежности.

Подход д-ра Чэня заменяет эти проводимые зазоры воздухом — почти идеальным изолятором. Вставляя воздушный спейсер над вершиной фини, команда снизила транзисторную емкость до 25% и достигла 15% снижения в тестовой цепи кольцевого осциллятора. Результат — 25% экономия энергии на уровне устройства и соответствующие 15% системное улучшение.

Верхний левый: TEM-изображение FinFET транзистора с воздушными спейсерами (белые пространства) в 10-нм измерениях. Верхний правый: Ущерб после агрессивного процесса pulldown спейсера; конкретно, эрозия фини и source/drain эпитаксии. Нижний центр: Схема частичной структуры воздушного спейсера. Воздушные спейсеры формируются только над вершиной фини для минимизации влияния на гейт-стек. Диэлектрические лайнеры защищают гейт-стек при фabricации воздушных спейсеров.

За счет митигации паразитной емкости воздушные спейсеры позволяют более эффективные 10-нм и 7-нм FinFET чипы, и они держат обещание для энергосберегающих 10-нм устройств также. Работа IBM иллюстрирует, как материал, столь простой как воздух, может играть ключевую роль в дизайне полупроводников нового поколения.

Читайте часть первую: Mapping hot spots
Читайте часть вторую: Another kind of chip with carbon nanotubes