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실리콘 이종구조 MOSFET를 위한 k값이 큰 게이트 산화물

전문가 제언: ○ 실리콘 베이스 MOFET는 메모리와 마이크로 프로세TM를 만드는데 아주 중요한 디바이스다. 이들은 다른 반도체와 마찬가지로 자꾸만 작게 만들어 생산비를 감소시키려는 것이 현재의 추세이다. 이제 이 부품 한 개의 크기는 수평으로 10nm, 노드길이는 22nm 이하로 작아질 것을 강요받고 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 SiO₂산화물로는 전자의 터널링에 의한 누설전류로 불가능하게 될 것이며 이로 인하여 이 반도체의 기술한계는 게이트 산화물의 두께에 의해서 그 한계가 나타날 것으로 예측하고 있다.

○ 반면 경화실리콘(strained silicon), SiGe 및 희석된 카본이 들어간 이종구조합금 SiGeC은 고주파 디바이스를 만들기에 적합하여 이에 대한 연구가 활발하다. 실리콘(Si) 유사형태의 Si₁-xGex층은 특별한 특성들을 나타내며 이로 인하여 실리콘 베이스 이종구조 CMOS 디바이스의 개발에 기여하고 있다. MOSFET에서는 채널에 높은 이동도를 갖는 경화실리콘을 사용함으로서 동일 게이트 길이로 디바이스 속도를 ~80%이상 향상시킬 수 있다고 한다.

○ 새로운 유전체 물질로 게이트를 만드는 경우에 같은 크기의 게이트 커패시턴스가 되기 위해서는 유전상수가 크면 절연층의 두께도 두꺼워질 수 있다. 순수 SiO₂층의 두께로 정의 되는 등가산화물 두께(EOT: equivalent oxide thickness)를 보면 유전상수가 SiO₂보다 크면 절연층의 두께도 두꺼워진다. 유전상수가 15~25인 경우에 이 효과는 4~6배로 진전되어 EOT값은 거의 0.5nm에 달한다. 따라서 유전 상수가 큰 물질을 찾아야 한다.

○ 유전상수가 큰 재료들을 주규율표 제3족 B에서 찾을 수 있다. Y₂O₃, La₂O₃가 있으며 제4족 B에서는 ZrO₂, HfO₂, 제5족에서는 Ta₂O₃, 등을 찾을 수 있다. 여기에 실리콘을 융합하여 산화물을 만들면 ZrSixOy 또는 LaAlxOy와 같은 높은 유전상수를 갖는 산화물을 얻을 수 있다. 현재는 ZrO₂와 HfO₂가 SiO₂를 대신할 높은 유전율을 갖는 재료로 활용되고 이용되기 시작하였다. 반도체 공업에서 함께 연구할 만한 것이다.

저자: Ray, SK; Mahapatra, R; Maikap, S
자료유형: 학술정보