Сравнительный анализ характеристик базовых элементов интегральных схем на основе планарных и трехмерных КМОП структур
Электроника
Abstract
При проектировании комплементарных металл-оксид-полупроводниковых (КМОП) сверхбольших интегральных схем важнейшей задачей является выбор базовых элементов, на основе которых разрабатываются микроэлектронные системы. В данной статье проведен сравнительный анализ базовых элементов интегральных схем, изготовленных на основе планарных и трехмерных структур. При проектировании интегральных схем с технологическими нормами 100 нм и менее необходимо учитывать короткоканальные эффекты в транзисторах, обусловленные принципиально иным распределением электрического потенциала в канале транзистора. Эти эффекты уменьшают пороговое напряжение и увеличивают токи утечки на четыре порядка при изменении напряжения на стоке от 50 мВ до 3В при нулевом напряжении на затворе. Исследования показывают, что в каждом технологическом переходе плотность компоновки транзисторов удваивается, временные задержки распространения сигналов и пороговое напряжение уменьшаются соответственно на 30 и 15%. Поэтому при проектировании сверхбольших интегральных схем масштабирование становится важной проблемой. Одним из возможных путей решения этой проблемы является принципиально новый подход к их проектированию, заключающийся в переходе от планарной технологии изготовления транзисторов к транзисторам с трёхмерной структурой затвора (FinFET). Рассмотрены особенности структур FinFET транзисторов с двумя и более затворами и технология их изготовления. Увеличения плотности компоновки транзисторов можно достичь использованием спейсеров и выбором высоты “плавника”. Приведены основные конструкции FinFET транзисторов и проанализированы их особенности. По технологическим нормам 28/32 нм с применением TSMC моделей и инструмента моделирования Tspice в среде Tanner проведено моделирование базовых элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ на основе планарных и FinFET транзисторов. Дана оценка параметра мощность-задержка-продукт (PDP) на основе результатов проведенного моделирования.
