того, 193-нанометровий ультрафіолет іонізує воду - а електрони можуть зреагувати з фоторезистом. Вирішити всі ці питання вдалося внесенням спеціального оптично прозорого гідрофобного захисного покриття для фоторезиста перед експонуванням. Таким чином щільність дефектів залишилася приблизно та же.Не менш важлива частина - продуктивність, адже мало виготовляти чіпи складними і дешевими, їх потрібно багато. Швидкість пластини в литографическом сканері досягає 0,5 м/с, але тримати її всю під шаром води не вийде - надточне позиціонування покладається на лазерні інтерферометри, і щонайменша брижі на поверхні води все зіпсує. Тому шар «прив'язали» до оптики. Щоб пластини не забирала воду в сторону, навколо оптики розмістили водяні мікросопла, половина з яких по ходу руху впорскують воду, а протилежні їм - висмоктують. Все це відбувається з дуже точним контролем, щоб не внести бульбашки при уприскуванні і не залишити позаду краплі після відсмоктування, що особливо важко скраю пластини. Тепер ясно, чому іммерсійний сканер набагато дорожче сухого.
У 2007 р (для техпроцесу 45 нм) в мікроелектроніці з'явилося скорочення HKMG - High-k [dielectric] and Metal Gate, т. е. ізолятор з високою діелектричною проникністю і металевий затвор [8]. Спочатку про першій половині формули. Параметр k означає відносну діелектричну проникність (безрозмірну величину, різну для різних речовин. Справжня ж діелектрична константа (вона ж - електрична постійна,? 0), як і годиться, незмінна. У мікроелектроніці «нормальним k» вважається 3,9, що відповідає проникності діоксиду кремнію (SiO2), десятиліття використався як бічних, міжшарових і подзатворих ізоляторів. Речовини з проникністю вище 3,9 відносяться до класу high-k (високопроніцаемие), а нижче - до low-k (нізкопроніцаемие). Останні потрібні для міжшарових і бічних діелектриків, т. к. таким чином можна краще ізолювати металеві доріжки межсоединений, уникаючи діелектричного пробою через занадто тонкого шару ізоляції між ними. Сама ж ізоляція повинна бути тонкою, т. к. інакше неможливо підвести доріжки до весь час уменьшающимся транзисторам, окрім як зробивши такими ж малими і провідники, і поділяють їх ізолятори. До нізкопроніцаемие матеріалів відносяться діоксид кремнію-вуглецю (органосилікатна скло з k=3 - найпопулярніший діелектрик, використовуваний з 90 нм), він же, але пористий (k=2, 7), нанокластерних кварц (2,25) і деякі органічні полімери (k lt; 2,2). По ідеї, ізолятор, розмежує затвор і канал транзистора, повинен підкорятися цим же вимогам, але на ділі виявляється все навпаки - тут потрібен якраз високопроніцаемого діелектрік.Всё справа в ефекті квантового тунелювання. До 90-нанометровим техпроцесом товщина затвора зменшилася до величини від 1,2 (у Intel) до 1,9 нм (у Fujitsu; обидві цифри - для n-каналів). А товщина кристалічної решітки кремнію, нагадаємо, дорівнює 0,543 нм. При такої тонкості електрони починають туннелировать крізь ізолятор, приводячи до витоку струму. Річ було настільки серйозно, що для техпроцесу 65 нм зменшилися всі параметри транзистора, крім товщини затвора, т. К. Якби його зробили ще тонше, то ні про яку енергоефективність не варто було б і мріяти.
високопроніцаемого діелектрик дозволяє електричному полю затвора проникати на велику глибину або товщину, не знижуючи решта електричні характеристики, що впливають на швидкість перемикання транзистора. Так що, замінивши застосовувався з 90-х рр. оксинитрида кремнію на новий оксинитрида кремнію-гафнію (HfSiON, k=20-40) товщиною в 3 нм, для процесу 45 нм вдалося зменшити витоку струму в 20-1000 разів. Для отримання такої ж швидкості роботи старий затвор довелося б робити товщиною в 1 нм, що було б катастрофою. Зустрічаються сьогодні цифри товщин подзатворного ізоляторів менш ніж в 1 нм є якраз такими SiO2-еквівалентами і застосовуються тільки для обчислення частоти, але не витоку. Діоксид кремнію, втім, досі є у вигляді нижнього подзатворного шару, але використовується тільки як фізичний інтерфейс для сумісності з поточними техпроцесами.
Графік товщини подзатворного ізолятора в SiO2-еквіваленті і відносній витоку струму. Введення високопроникних ізоляторів для техпроцесу 45 нм дозволило зменшити еквівалентну товщину для поліпшення швидкості, збільшивши фізичне товщину для зменшення витоків. Цікаво, що при анонсі нового матеріалу Intel подякувала старого мікроелектронного суперника - IBM. Але не тому, що інженери «синього гіганта» розробили для колег з не менш синім логотипом новий матеріал - а тому, що детальне математичне моделювання, яке довело, що саме гафній є оптимальним матеріалом, провели на суперкомп'ютері IBM. Враховувати довелося не тільки проникність, але і ширину забороненої зони (вона повинна бути узгоджена з кремнієм), морфологію шару, термостабільність, непорушення високої рухливості носіїв заряду в каналі і мінімальність крайових дефектів.
Втім, одного недоліку уникнут...
