Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19871118Elc031.shtml

Уменьшение размеров элементов статических ЗУПВ

УДК 681.327.28.025

Дж. Роберт Лайнбек (J. Robert Lineback)
Редакция Electronics

J. Robert Lineback. TI finds a new way to shrink SRAM cells, pp.63,64.

Замена скрытых контактов самосовмещенными соединениями из нитрида титана позволяет уменьшить размеры шеститранзисторных элементов СЗУПВ и сэкономить до 25% площади кристалла.

Использование нитрида титана в технологии быстродействующих СЗУПВ позволяет преодолеть основные технологические трудности, стоящие на пути уменьшения размеров элементов, и дает возможность вчетверо увеличить информационную емкость кристаллов. Разработчики приборов памяти в компании Texas Instruments Inc. (Даллас) считают, что им удалось получить самый малый в отрасли шеститранзисторный элемент СЗУПВ. Его площадь составляет всего 104 мкм2. Ключом к успеху явилась узенькая полоска из TiN, размеры которой можно регулировать. Посредством таких полосок реализуются перекрестные связи между поликремниевыми затворами и n+- и p+-областями переходов в шеститранзисторных элементах памяти КМОП СЗУПВ.

Эта новая технология самосовмещенных локальных межсоединений позволяет уменьшить размер стоков транзисторов и таким путем сэкономить до 25% площади кристалла. Уменьшение размера стоков стало возможным благодаря отказу от сравнительно больших скрытых контактов, традиционно используемых для создания перекрестных связей в быстродействующих СЗУПВ. В обычной технологии такие контакты располагаются в пределах стоков. Кроме того, новый процесс позволил уменьшить площадь переходов истока—стока и, следовательно, снизить паразитную емкость. В результате, как утверждают разработчики из фирмы TI, их новый прибор памяти на 15% превосходит по быстродействию ЗУ с полностью скрытыми контактными областями.

Новый принцип реализации локальных межсоединений делает возможным создание СЗУПВ на шеститранзисторных элементах, характеризующихся более высокой плотностью упаковки, большим быстродействием и лучше согласующихся со схемами стандартной логики, чем элементы с четырьмя транзисторами и двумя поликремниевыми нагрузочными резисторами. На это указывает Роджер Хакен, член правления фирмы TI, который первым еще в 1984г. оценил возможности метода локальных межсоединений из TiN. «Если вы попытаетесь уменьшить размеры элементов СЗУПВ, применяя технологию с четырьмя транзисторами и нагрузочными поликремниевыми резисторами, то придете к высокоспециализированной резисторной технологии, — говорит Хакен, руководитель отдела разработки субмикронной КМОП-технологии в центре разработки полупроводниковых приборов в Далласе. — Это [полосковые межсоединения] перспективная технология для плотноупакованных логических схем, так как она позволяет избежать использования критичных металлических слоев для формирования перекрестных связей между элементами СЗУПВ, расположенного на одном кристалле с логической ИС». Хакен делает вывод, что новый тип соединений окажется полезным для логических ИС будущего, которые потребуют больших объемов памяти.

Он также отмечает, что СЗУПВ на шеститранзисторных элементах пользуются предпочтением у изготовителей военной аппаратуры, так как подобные кристаллы отличаются более высокими характеристиками, меньшей потребляемой мощностью и большей устойчивостью к однократным сбоям, обусловленным кратковременными неисправностями или радиацией. Локальные соединения из TiN, по-видимому, будут впервые использованы в 35-нс 256-кбит СЗУПВ, которое начнет выпускаться для изготовителей военной аппаратуры в 1988г.1{См. следующую статью в этом номере «Новое СЗУПВ фирмы TI предназначено для военной аппаратуры»}. В дальнейшем такие соединения, вероятно, войдут в 0,8-мкм технологию комбинированных биполярных КМОП-схем Epic IIB, которую фирма TI намерена разработать и затем использовать для изготовления 256-кбит СЗУПВ с временем доступа 6 нс и мощностью рассеяния 1 Вт. Наконец, новый тип соединений может найти применение в логических ИС, где с его помощью удастся повысить плотность упаковки.

Сейчас фирма TI использует локальные соединения из TiN в своей самой совершенной производственной технологии Epic — технологии изготовления КМОП-схем с 1-мкм проектными нормами. Для создания соединений служит высокопроводящий слой нитрида титана (титан — тугоплавкий металл), который обычно удаляется с кристалла и выбрасывается как ненужный побочный продукт технологической обработки. Новый метод предусматривает формирование полосок путем травления 100-нм слоя TiN, образующегося в качестве побочного продукта в технологии Epic. Эта технология формирует самосовмещенные электроды из силицида титана (рис.1).

Локальные соединения из TiN осуществляют перекрестные связи между двумя нагрузочными транзисторами с p-каналом: полоски из TiN соединяют поликремниевы
Рис.1. Локальные соединения из TiN осуществляют перекрестные связи между двумя нагрузочными транзисторами с p-каналом: полоски из TiN соединяют поликремниевые затворы с переходами.

Полоски из TiN заменяют используемые в обычной технологии скрытые контакты. В свое время, когда разрешающая способность фотолитографии превысила 2 мкм, при помощи скрытых контактов удалось увеличить плотность упаковки СЗУПВ. Сейчас, однако, как указывает Хакен, сами эти контакты стали серьезным препятствием на пути миниатюризации. Проблема возникает, когда размеры элементов становятся меньше 1 мкм. При столь малых размерах скрытых контактов возрастает емкость перехода и требуются более высокие уровни легирования.

«Можно сказать, что мы передаем функции скрытых контактов элементам, расположенным на поверхности подложки. В результате достигается значительное повышение плотности упаковки», — говорит Хакен. В центре, где работает Хакен, сейчас ведется работа над усовершенствованием метода локальных соединений из TiN с целью его включения в технологию второго поколения Epic II, характеризующуюся 0,8-мкм проектными нормами. Эта технология предусматривает также проведение цикла биполярных процессов, а при необходимости — формирование трехуровневой металлизации.

По словам Хакена, специалисты фирмы TI начали искать замену скрытым контактам еще в начале 1983г. «Мы думали использовать аналогичный подход, применив полоски из силицида титана. Трудность, однако, состоит в том, что при любом высокотемпературном процессе фосфор очень быстро диффундирует через полоски из TiSi2», — говорит Хакен. Он поясняет, что в этих условиях обратная диффузия фосфора из затвора может приводить к изменению типа проводимости p+-перехода, так что вместо омического контакта будет формироваться диод.

Фирма TI разработала технологию на основе силицида титана в начале 1980-х годов. Задача тогда состояла в том, чтобы получить металлизацию с малой величиной поверхностного сопротивления (1 Ом/квадрат) для затворов и переходов в ЗУ, а также логических ИС с высокой плотностью упаковки. «Мы знали, что в результате у нас получается материал, который, если от него не избавиться, закорачивает все на кристалле. Лишь спустя некоторое время мы определили, что это TiN», — вспоминает Хакен.

Он говорит, что для создания локальных соединений из TiN не требуется никаких дополнительных операций осаждения или травления. Прежде чем удалить с пластины TiN, образующийся в качестве побочного продукта в процессе получения TiSi2, формируют рисунок соединений с помощью фотолитографии. «Единственное, что нам нужно было сделать — это разработать новую методику травления. В этом и состоял фокус: использовать слой TiN, не повредив другие слои, в частности TiSi2», — говорит Хакен.

Методика травления

Для формирования полосок TiN, образующих перекрестные связи, используется комбинированная методика травления, предусматривающая как сухое травление, так и травление в водном растворе (рис.2). Для сухого травления служит фтор, а для жидкостного — смесь NH4OH, H2O2 и воды.


Рис.2. Технология изготовления элементов с локальными соединениями из TiN: формирование поликремниевых затворов (а), напыление титана и формирование рисунка соединений (б), сухое травление, травление в растворе и отжиг (в).

«Слой TiN очень тонкий, всего 100 нм, поэтому он не создает топологических трудностей, какие могли бы возникнуть при нанесении слоя обычного металла», — говорит Хакен. Слой TiN препятствует диффузии фосфора из поликремния и таким образом исключает возможность перекомпенсации р+-переходов транзисторов. Кроме того, области переходов могут быть расширены, с тем чтобы они частично перекрывались с изолирующим окислом. При этом уменьшается площадь перехода, что позволяет снизить паразитную емкость. Так, например, в инверторных цепочках КМОП-схем емкость переходов была уменьшена на 50%, и в результате задержка распространения на вентиль уменьшилась на 20—25%. Полоски из TiN могут также служить самосовмещенными контактами переходов. Отмывка, которую необходимо проводить после создания локальных соединений, совместима с технологией МОП-схем. По мнению разработчиков, слой TiN может быть использован в качестве барьера, препятствующего нежелательным проколам переходов.

Соединительные полоски из TiN могут применяться не только в шеститранзисторных элементах памяти, но также и в четырехтранзисторных элементах СЗУПВ с поликремниевыми нагрузочными резисторами. Разработчики логических ИС, допускающих использование металлизации со средней величиной поверхностного сопротивления, могут применять TiN для формирования рисунка межсоединений взамен более сложной многоуровневой металлизации. Соединения из TiN имеют поверхностное сопротивление примерно 14 Ом/квадрат, тогда как поликремниевые слои в большинстве случаев имеют сопротивление 20 Ом/квадрат.

Чтобы продемонстрировать возможности локальных соединений из TiN, разработчики изготовили экспериментальный кристалл, на котором разместили эквивалент псевдостатического ЗУПВ емкостью 114 кбит, помещающегося на кристалле Лисп-процессора фирмы TI, и 16-кбит КМОП СЗУПВ на шеститранзисторных элементах. По словам Хакена, шеститранзисторные элементы, изготовленные по технологии с 1-мкм проектными нормами, занимают площадь 130 мкм2, тогда как при использовании скрытых контактов площадь таких элементов составляет 160 мкм2. Специалисты фирмы TI считают, что с помощью КМОП-технологии с 1-мкм проектными нормами на кристалле площадью 55 мм2 можно разместить 256-кбит СЗУПВ на шеститранзисторных элементах, удовлетворяющее военным ТУ.

На экспериментальном кристалле разработчики получили шеститранзисторный элемент СЗУПВ, изготовленный по 0,8-мкм технологии Epic II. По их мнению, это самый миниатюрный элемент такого типа в отрасли. Его площадь составляет 104 мкм2, тогда как в экспериментальном 256-кбит СЗУПВ фирмы IBM Corp., о котором сообщалось ранее, площадь элементов составляла 109 мкм2, хотя этот кристалл был изготовлен по технологии с 0,7-мкм проектными нормами.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 60, No.15 (773), 1987г - пер. с англ. М.: Мир, 1987, стр.41

Electronics Vol.60 No.15 July 23, 1987 A McGraw-Hill Publication

J. Robert Lineback. TI finds a new way to shrink SRAM cells, pp.63,64.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Запоминающие устройства





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19871118Elc031.shtml