Поддерждание электростатической целостности в ультра-миниатюризированных кмоп

Электростатическая целостность (EI) устройства отражает его устойчивость к паразитным двумерным (2-D) эффектам, таким как коротко-канальные эффекты (SCE) и эффект понижения сток-индуцированного барьера (DIBL). SCE определяется как разница в пороговом напряжении между длинно-канальными и коротко-канальными ПТ и измеряется с помощью небольшого V_ds. DIBL эффект определяется как разница в V_t, измеренных для коротко-канальных ПТ с использованием малых и номинальных значений V_ds.

Хорошая EI означает одномерное (1-D) распределение потенциала в устройстве (как в случае с длинным каналом), в то время, как плохая EI означает 2-D распределение потенциала, который приводит к 2-D паразитным эффектам. В результате было получено простое соотношение между SCE и DIBL, с одной стороны, и EI с другой, как следует из выражений [94] - [95]:

где являетсяпотенциалом p-n-переходавпереходе исток-канал, является смещением сток-исток, а EI определяется по формуле:

В данном выражении, означает расширение глубины перехода,означает электрическую длину канала (расстояние от перехода к переходу),означает эффективную электрическую толщину окисла в состоянии инверсии (равную сумме эквивалентной толщины оксидного слоя диэлектрика затвора, глубины обеднения затвора поли-Si, и так называемого "темного пространства"), иозначает глубину обеднения канала. ("Темное пространство" является максимальным расстоянием слоя с инверсионным зарядом, находящимся в глубине канала, от границы раздела SiO₂/Si из-за квантования энергетических уровней в квантовой яме канала.)

Возможности неклассических КМОП структур, в частности устройств с UTB, явно продемонстрированы в выражении при применении перевода параметров, относящихся к устройствам с UTB (приведенным в Таблице 2). Замена ина(структуру с одним затвором иUTB) или (двухзатворная структура сUTB) позволяет значительно снизить отношение и, с условием, что при кремниевых пленкахбудет доступна. В связи с этим, ключевой вопрос заключается в том, должен ли для поддержания хорошей EI в усовершенствованных МОПТ быть уменьшен размер каждой подложки или толщины канала?

Рисунок 1 сравнивает EI между крупноразмерным планарным и двухзатворным устройством вдоль расстояния между элементами ITRS 2003. Важно отметить, что миниатюризация , хотя и очень резкая (к концу топологической карты требуется 4-х и 5-ти нмSi пленка для HP, и LOP/LTSP, соответственно), но имеет потенциал для миниатюризации КМОП до конца топологической карты с величинами SCE и DIBL на тех же уровнях, что и при технологии 90-нм элементов . [EI ≤ 10% (то есть DIBL составляет < 25% от V_ds), рассматривается в качестве приемлемого диапазона, представленного желтой областью на Рисунке 1.] Стоит отметить, что EI крупноразмерных планарных или классических устройств выходит за пределы допустимой зоны при 100-нм элементах для HP, вблизи 65-нм элементов для LOP, и 90- и 65-нм элементов для LTSP.