Войти
Визуальное свидетельство легирования алюминия в lt;1 1 1gt; кремний связано с чрезмерным отжигом алюминия. Слой алюминия интегральной схемы был удален с помощью химического травления, чтобы обнажить эту деталь. Металлические ворота, в контексте боковой металл-оксид-полупроводник стек (МОП), является электрод затвора отделены друг от друга оксида из канала транзистора - затвор материал изготовлен из металла. В большинстве МОП-транзисторов примерно с середины 1970-х годов буква «М» для металла была заменена неметаллическим материалом затвора.
Первый МОП-транзистор ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) был изготовлен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году и продемонстрирован в 1960 году. Они использовали кремний в качестве материала канала и несамоцентрирующегося алюминиевого затвора. Алюминиевый металлический затвор (обычно осаждаемый в испарительной вакуумной камере на поверхность пластины) был распространен в начале 1970-х годов.
К концу 1970-х годов промышленность отказалась от алюминия в качестве материала затвора в стеке металл-оксид-полупроводник из-за производственных сложностей и проблем с производительностью. Материал под названием поликремний ( поликристаллический кремний, сильно легированный донорами или акцепторами для уменьшения его электрического сопротивления) был использован для замены алюминия.
Поликремний может быть легко нанесен путем химического осаждения из паровой фазы (CVD) и устойчив к последующим этапам производства, которые включают чрезвычайно высокие температуры (выше 900–1000 ° C), в отличие от металла. В частности, металл (чаще всего алюминий - легирующая примесь типа III ( P-тип )) имеет тенденцию диспергироваться в кремнии ( сплавиться с ним) во время этих стадий термического отжига. В частности, при использовании на кремниевой пластине с ориентацией кристалла lt;11 1gt; чрезмерное легирование алюминия (из-за длительных этапов высокотемпературной обработки) с нижележащим кремнием может создать короткое замыкание между рассеянными областями истока или стока полевого транзистора под поверхностью алюминия и через металлургический переход в нижележащую подложку, вызывая непоправимые сбои в цепи. Эти шорты создаются пирамидальной формы шипы кремния - алюминиевого сплава - вертикально, указывающими «вниз» в кремниевой пластине. Практический предел высоких температур для отжига алюминия на кремнии составляет порядка 450 ° C. Поликремний также привлекателен для легкого изготовления самовыравнивающихся ворот. Имплантация или диффузия примесей примесей истока и стока осуществляется с установленным затвором, что приводит к идеально совмещенному с затвором каналу без дополнительных литографических операций, что может привести к рассогласованию слоев.
В технологиях NMOS и CMOS с течением времени и при повышенных температурах положительные напряжения, используемые структурой затвора, могут вызывать любые существующие положительно заряженные примеси натрия непосредственно под положительно заряженным затвором, чтобы диффундировать через диэлектрик затвора и мигрировать в менее положительно заряженный канал поверхность, где положительный заряд натрия оказывает большее влияние на создание канала, тем самым снижая пороговое напряжение N-канального транзистора и потенциально вызывая сбои со временем. Ранние технологии PMOS не были чувствительны к этому эффекту, потому что положительно заряженный натрий естественным образом притягивался к отрицательно заряженному затвору и от канала, сводя к минимуму сдвиги порогового напряжения. N-канальные процессы с металлическими затворами (в 1970-е годы) требовали очень высоких стандартов чистоты (отсутствие натрия ), чего было трудно достичь в те сроки, что приводило к высоким производственным затратам. Поликремниевые вентили - будучи чувствительными к тому же явлению, могут подвергаться воздействию небольших количеств газообразного HCl во время последующей высокотемпературной обработки (обычно называемой « геттерированием »), чтобы реагировать с любым натрием, связываясь с ним с образованием NaCl и унося его в газовый поток, в результате чего структура затвора практически не содержит натрия, что значительно повышает надежность.
Тем не менее, поликристаллический кремний, легированный на практическом уровне не предлагает практически нулевой электрическое сопротивление металлов, и, следовательно, не является идеальным для зарядки и разрядки емкости затвора от транзистора - потенциально может привести к замедлению схемы.
Начиная с узла 45 нм, технология металлических затворов возвращается вместе с использованием материалов с высокой диэлектрической проницаемостью ( high-κ ), впервые разработанных Intel.
Кандидатами на роль металлического электрода затвора являются NMOS, Ta, TaN, Nb (одиночный металлический затвор) и PMOS WN / RuO 2 (металлический затвор PMOS обычно состоит из двух слоев металла). Благодаря этому решению можно повысить деформационную способность канала (за счет металлического затвора). Кроме того, это позволяет снизить ток возмущений (колебаний) в затворе (из-за расположения электронов внутри металла).
