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SOI MOSFET소자의 면적효율형 본체접촉 방법

전문가 제언: ○ 70년대 말, 벌크 절연게이트로 된 MOSFET의 근본적인 한계성으로 인하여 크기를 축소하여 성능을 개선하는 것이 어렵게 되자, 학계와 산업계는 트랜지스터 운전상의 특성 개선으로 전반적인 성능 개선을 도모하는 방향으로 많은 노력을 기울였으며 당시 등장한 기술이 SOI(silicon-on-insulator)소자였다.

○ SOI 구조에서는 활성 실리콘 영역이 절연층 위에 놓여 있는데 이로 인하여 각 소자가 전기적으로 절연되어 있는 상태이며, 장점은 기생 정전용량이 크게 줄어들고 저전압, 저전력 운전이 가능하며 어떤 경우에는 방사선에 대한 내성이 강해지는 특징도 있다.

○ 부분 공핍형(partial depletion type, PD) 상태로 제작되는 SOI 소자의 경우 오프상태에서 본체(body) 전체가 공핍화 되지 않도록 하는 것이며, 이는 SOI가 아닌 벌크형과 유사한 운전특징을 가지도록 하기 위함이다. 하지만 절연층으로 인하여 몇 가지 단점이 있다. 즉, 문턱전압의 저하, 드레인 전류 증가, 부동본체로 인하여 기생 ‘역 채널’ 트랜지스터 형성, IDS?VDS 곡선에서 전류 함몰(current kink) 등이다.

○ SOI의 단점을 보완하기 위하여 지금까지 수십 년 동안 연구가 지속되고 있다. 일찍이 등장한 효과적 기법 중 하나가 본체에 전하가 축적되지 않게 하는 것으로서 본체와 모재를 전기적으로 연결(본체접촉, body contact)하는 것이며, 다양한 형태로 발전되어 왔는데 이 글은 이 기법의 한 개선 방법을 제안하는 내용이다.

○ 부분 공핍형 SOI는 주로 MEMS나 전력 소자 등에 응용이 많으며 기판 제조는 용이하지만, 부동본체효과 때문에 단채널 소자에 적용하는 데 한계가 있다. 반면, 완전 공핍형(full depletion type, FD) SOI는 부동 본체 효과를 완전하게 억제할 수 있어서 널리 응용되고 있지만, 실리콘 채널의 두께 변화에 따른 소자 특성의 변화가 크기 때문에 두께 균일도가 매우 중요하며 PD-SOI보다 상대적으로 높은 제조 기술이 필요하다.

저자: Daghighi, Arash; Osman, Mohamed; Imam, Mohamed A.
자료유형: 학술정보