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Erforschung von high-k Gate Dielektrika der 2. Generation und deren Einsatzmöglichkeiten in integrierten Schaltungen

Gordon Moore’s Prognose einer Verdopplung der Bauelemente-Dichte auf einem Chip alle zwei Jahre hat sich aufgrund des starken Wettbewerbsdrucks in der Halbleiterindustrie wiederholt bestätigt. Die Fixierung dieser Ziele findet sich in der industrieweit akzeptierten "International Technology Roadmap for Semiconductors“ ( ITRS). Diesen Vorgaben folgend realisierte AMD (jetzt GLOBALFOUNDRIES) in Dresden seit dem Beginn der Produktion im Jahr 2000 die Technologiegenerationen 180nm, 130nm, 90nm, 65nm, 45nm und arbeitet derzeit an der Einführung der 32nm-Technologie. Die fortwährende Verkleinerung der Transistor-Geometrien bedingt auch eine Verringerung der Schichtdicke des Gate-Dielektrikums.

Als Gate-Dielektrika fanden bis 130nm SiO2,, ab 90nm SiON Anwendung. Die Verwendung dieser „native oxides“ stößt jedoch wegen exponentieller Zunahme des Leckstroms bei weiterer Dicken-Reduzierung an eine harte Grenze: Fortgeschrittene Technologie-Generationen erfordern deshalb neuartige Materialien mit höherer Dielektrizitätskonstante, sogenannte „high-k“- Materialien.

Die Erforschung der high-k Materialien der ersten Generation, Hf- und Zr- basierte Oxide und Silikate und deren Prozessintegration ist Gegenstand aktueller Entwicklungsarbeit.

Im Projekt sollen high-k – Materialien der zweiten Generation (high-k2G) erforscht werden, welche die nachteiligen Eigenschaften der ersten Generation wie geringe thermische Stabilität, Notwendigkeit einer SiO2-Zwischenschicht und Limitierung der Dielektriziätskonstanten nicht aufweisen. Herausforderungen sind die Identifizierung geeigneter high-k2G-Materialien, deren Abscheidung und schließlich die Prozessintegration (Gate-First- / Replacement-Gate- / Full-Replacement-Gate- Ansatz).

Zusätzlich wird der Einfluss ionisierender, „soft errors“ hervorrufender Strahlung auf Produktebene an Schaltkreisen in high-k –Technologie untersucht. Ursache für „soft errors“ können instabile Isotope der high-k –Materialen selbst wie auch Beimengungen in Prozesschemikalien sein. Mittels Bestrahlungsexperimenten (alpha-Teilchen und Neutronen) an CMOS-Schaltkreisen wird die Strahlungsempfindlichkeit ausgewählter high-k Dielektrika erforscht.

Fördergeber: SAB
Projektnummer: 13808/2382
Laufzeit: 01.07.2009 - 30.06.2012
Umfang: 868.992 €
Partner:

GLOBALFOUNDRIES Dresden Module One Limited Liability Company & Co. KG LLC & Co. KG mit

FZJ - Forschungszentrum Jülich,

IBN1-IT - Institut für Bio- und Nanosysteme

 

Ansprechpartner: Dr. Wolfgang Skorupa