Die Jagd nach dem 15-Nanometer-Transistor

Intel: 15 Nanometer mit neuem Dielektrikum

Bei der weiteren Verkleinerung der Transistoren stoßen die Forscher an die Grenzen der bisher verwendeten Materialien. Besonders schwierig wird es, die Ladung des Gates zu halten. Dafür ist der Schalter am Boden mit einem Dielektrikum isoliert, wie das folgende Bild zeigt.

Bisher war dieses Dielektrikum aus Silizium-Dioxid recht einfach herzustellen. Das Silizium wurde in einer Sauerstoffatmosphäre einfach oxidiert. Doch schon bei Transistoren mit 20 Nanometern Gate-Länge zeigte sich, dass das Gate-Oxid mit einer Dicke von nur noch drei Atomlagen ausgereizt ist. Die Ströme fließen teilweise auch durch das Gate-Oxid, sie lecken also - daher wird der Effekt auch "Leakage" genannt. Ein Erhöhen der Spannung wäre der einfachste Ausweg, was aber aus thermischen Gründen nicht in Frage kommt.

Intel experimentiert daher mit neuen Dielektrika aus Titan-, Hafnium-, Zirconium- oder Tantaloxid. Was so trivial klingt, bedingt aber einen neuen komplexen Arbeitsschritt mit Materialien, die bislang bei der Halbleiterherstellung nicht verwendet wurden.

Eine weitere Maßnahme zur Kontrolle der Leckströme ist ein veränderter Aufbau der SOI-Strukturen. Dadurch soll sich auch die Soft-Error-Rate, die beispielsweise durch Alphateilchen entsteht, verringern. Details zu SOI sind hier zu finden.