Globalfoundries zeigt 22-nm-Lösung für High-K/Metal-Gate

Die Foundry Globalfoundries hat auf dem VLSI-Technology-Forum 2009 in Kyoto, Japan, eine Technologie vorgestellt, die eine der größten Hürden bei der Weiterentwicklung von High-k-Metal-Gate-Transistoren (HKMG) überwinden könnte.

Die Technologie könnte die Chip-Branche einen Schritt weiter in Richtung der nächsten Generation von Mobilgeräten mit mehr Rechenleistung und stark verbesserter Batterielaufzeit bringen.

Das Forschungsprojekt, das zusammen mit IBM im Rahmen der Beteiligung von Globalfoundries in der IBM-Allianz durchgeführt wird, zielt auf eine weitere Skalierung von Transitoren auf 22 nm und weniger ab. Dabei wird die rechnerisch ermittelte Schichtdicke (EOT - Equivalent Oxide Thickness) bei einem High-k-Metal-Gate-Transistor (HKMG) auf einen Grad reduziert, der deutlich unter dem für 22 nm benötigten Grad liegt, während eine Kombination aus geringem Leckstrom, geringen Schwellenspannungen und hoher Ladungsträgerbeweglichkeit beibehalten wird.

EOT gibt an, welcher SiO2-Schichtdicke (K=3,9) eine High-K-Schicht entspricht, wobei quantenmechanische Effekte und Poly-Siliziumverarmung berücksichtigt werden. EOT ist eine theoretisch ermittelte Schichtdicke, da die Messungen nicht zugänglich sind.

Zielapplikationen sind insbesondere der schnell wachsende Markt für Netbooks und Smartphones mit langer Batterielaufzeit. Um die Schaltpräzision eines HKMG-Transistors zu erhalten, muss die EOT der High-k-Oxid-Schicht reduziert werden. Jedoch erhöht die Reduzierung der EOT bei den bisher bekannten Verfahren den Leckstrom, was zu einem erhöhten Energieverbrauch der Chips führt. Die Ergebnisse wurden auf dem VLSI durch einen n-MOSFET mit einer EOT von 0,55 nm und einen p-MOSFET mit einer EOT von 0,7 nm erfolgreich demonstriert.

Es wird erwartet, dass die in der IBM-Allianz zusammengeschlossenen Foundries bereits im zweiten Halbjahr 2009 Aufträge für 32-nm-Designs entgegen nehmen werden und vor allen anderen Foundries wie TSMC die Produktion hochfahren können. Dies wird für die erste Jahreshälfte 2010 erwartet.