ВЫБОР РЕДАКЦИИ

IMEC разрабатывает процесс интеграции 2D-материалов на 300-мм пластинах

Краткий обзор деятельности ведущих кремниевых заводов

SMIC: передовые технологии, производственная база и государственное финансирование

Возобновление доступа к материалам Solid State Technology

FanFET – новая транзисторная структура для 3D-флэш-памяти NAND-типа

Данные технологического процесса как средство повышения выхода годных

Производственная база микроэлектроники США

Маршрутная карта развития FEOL-, MEOL- и BEOL-процессов

Материалы 66-й международной конференции по электронным приборам

Маршрутная карта развития FEOL-, MEOL- и BEOL-процессов

Методика оценки экологичности производства ИС

Изменения в индустрии кремниевых заводов

Перспективы рынка эпитаксиального и MOCVD‑оборудования

PlayNitride и партнеры ускоряют разработку дисплеев MicroLED

Эпитаксиальное оборудование: ближайшие перспективы

Исследования в области ранее неизученных полупроводниковых наноструктур

Материалы 66-й международной конференции по электронным приборам

Материалы 66-й международной конференции по электронным приборам

Выпуск 2(6726) от 28 января 2021 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

С 12 по 18 декабря 2020 г. состоялась 66-я международная конференция по электронным приборам (International Electron Device Meeting, IEDM). Впервые за свою историю она прошла в виртуальном режиме – ​из-за пандемии COVID‑19. В прошлом выпуске был опубликован доклад специалистов Intel по 3D самовыравнивающимся этажированным n-МОП-на-p-МОП нанолистовым транзисторам, в текущем выпуске рассматривается доклад этой же корпорации по антисегнетоэлектрическим конденсаторам для встраиваемых ДОЗУ.

Полное название доклада, представленного специалистами Intel на IEDM‑2020, – «Антисегнетоэлектрические конденсаторы HfxZr1–xO2 для встраиваемых 3D ДОЗУ с высокой плотностью расположения элементов» (Anti-ferroelectric HfxZr1–xO2 Capacitors for High-density 3-D Embedded-DRAM).

Описанные в докладе антисегнетоэлектрические конденсаторы обладают следующими характеристиками:

длительность операции чтения–записи – ​10 нс;

максимальное рабочее напряжение менее 1,8 В;

удержание заряда намного дольше 1 мс;

долговечность – ​до 1012 циклов при 80 °C.

В докладе обсуждаются механизмы, лежащие в основе усталостной долговечности, и представлена новая архитектура, обеспечивающая сверхвысокую плотность расположения элементов встроенного ДОЗУ.

Это не первый случай, когда Intel разрабатывает ДОЗУ. Например, в 2014 г. корпорация представляла отдельный кристалл ДОЗУ, использовавшийся совместно с процессором Haswell. ДОЗУ использовалась в качестве 128-Мбайт кэша 4-го уровня (L4), площадь ее кристалла составляла ~79 мм2, а сам кристалл корпусировался совместно с процессором и представлял собой этажерку «ячейка-поверх-разрядной шины» (cell over bitline, COB) с MIM-конденсаторами в металло-диэлектрической этажерке с использованием полостей, образованных в диэлектриках нижнего уровня металлизации. Кристалл изготавливался по 22-нм технологическому процессу Intel с девятью уровнями металлизации (M1–M9, см. рис. 1, 2).



Источник: Tech Insights

Рисунок 1. Поперечное сечение этажерки 22-нм встраиваемого ДОЗУ корпорации Intel (получено при помощи сканирующего электронного микроскопа – SEM)



Источник: Tech Insights

Рисунок 2. Сечения 22-нм конденсаторов Intel, полученные на просвечивающем электронном микроскопе (TEM)


MIM-конденсаторы были сформированы из слоев TaN–TiN–ZrO–TiN–TiAlN–TaN внутри полостей, вытравленных по мере наращивания этажерки металлизации.

Как было сказано в докладе на IEDM‑2020, для формирования 3D-конденсатора на основе глубокой канавки (в качестве потенциальной встроенной ячейки памяти ДОЗУ) исследователи Intel использовали антисегнетоэлектрический материал (AFE) – ​оксид гафния-циркония (HfZrO2), а также попробовали применить его в 3D-этажерке с одним линейным транзистором числовой шины, параллельно подключенным к четырем AFE-конденсаторам (структура «1 транзистор – ​4 конденсатора», 1Т–4С, см. рис. 3).



Источник: Intel/IEDM

Рисунок 3. TEM-изображение 1T–1C (1 транзистор – 4 конденсатора) ячейки памяти с использованием антисегнетоэлектрического (AFE) HfZrO2-конденсатора


На изображениях, полученных на просвечивающем электронном микроскопе (TEM), вертикальные полосы над контактами представляют собой артефакты техники подготовки образцов TEM. Сам конденсатор находится над транзистором, поэтому он, хотя и может иметь форму канавки, не является обычным канавочным конденсатором в подложке (какими пользовалась, например, корпорация IBM вплоть до 14-нм технологического поколения).

Вольфрамовая вилка в центре конденсатора соединена с общей платой, хотя это плохо видно на рисунке. Форма затвора указывает на то, что это FinFET-транзистор, но «плавника» также не видно. Докладчики отметили, что брали образец из области под защитным оксидным слоем, так как сочли это полезным способом взглянуть на такие структуры, как затвор и этажерки конденсаторов.

В этажерке 1T–4C, показанной на рис. 4, общая плата была перемещена наружу конденсатора, сформированы четыре горизонтальных уровня (PL1–PL4), окружающих отдельные внутренние узлы платы. Схема показывает, что конденсаторы расположены подобно ДОЗУ, с двумя конденсаторами, подключенными через пару числовых шин к распределенной разрядной шине. Конденсаторы были разделены на ряды изолирующими канавками, а общие платы контактируют через лестничную структуру, очень похожую на этажерку 3D-флэш-памяти NAND-типа.



Источник: Intel/IEDM

Рисунок 4. TEM-изображение четырех вертикальных конденсаторов (слева) и сематическое поперечное сечение архитектуры 1T–4C ячейки (справа)


Информация о размерах ячеек в докладе Intel не приводилась. Однако, учитывая возможности этажирования, можно предполагать, что были достигнуты значительные преимущества в плотности расположения элементов памяти. Вероятно, новая архитектура Intel позволит превзойти современные рекордные значения плотности встраиваемых ДОЗУ в ~1,6 Мбайт/мм2.


Intel Looks Ahead to Stacked Nano-Ribbon Transistors, Anti-Ferroelectric E-DRAM at IEDM. Semiconductor Digest, November 30, 2020: https://www.semiconductor-digest.com/2020/11/30/intel-looks-ahead-to-stacked-nano-ribbon-transistors-anti-ferroelectric-e-dram-at-iedm/

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.