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게르마늄 MOSFET 소자: 재료, 프로세스 개발 및 전기적 성능

전문가 제언: ○ CMOS 소자 구성에 있어서 채널에서의 높은 캐리어 이동도를 보장하는 MOSFET 소자가 절실히 요구되고 있는 시점에 Si CMOS 성능을 소자 축소화로 개선하려는 시도는 한계에 이르고 있다. Ge는 Si에 비해 전자이동도는 2배, 정공의 이동도는 4배에 이르므로 매력적인 재료임에 틀림없다. 하지만 밴드갭(Ge는 0.67eV, Si는 1.12eV), 융점(Ge는 934°C, Si는 1,400°C), 수용성(SiO2는 불용성, GeO2는 수용성)의 차이에서 Ge 채널 MOSFET설계의 어려운 점이 부각된다.

○ Ge MOSFET의 게이트 스택은 크게 Ge surface-channel MOSFETs과 Strained-Ge/SiGe-channel MOSFET로 구분할 수 있다. 전자는 게이트 절연체로 GeO2 대신에 GeOxNy를 사용한다. 후자는 Ge 위에 얇은 Si 막을 증착한 다음 절연체로 SiO2를 생성시키는 방법이다. 이 글에서 저자는 후자에 대해 집중적인 검토를 하였다.

○ 여러 개의 MOSFET를 양산할 때 각 소자의 문턱전압 특성이 균일해야 한다. 소자 축소화로 인하여 게이트 길이가 짧아지고 그로 인하여 문턱전압이 불규칙적으로 되는 문제가 발생하였다. 이 문제를 해결하기 위해 도입된 것이 할로(halo) 도펀트다. n-MOSFET에서는 게이트 끝 부분에 p형 도펀트(예: B)를 주입하며 p-MOSFET에서는 n형 도펀트(예:As)를 주입한다. 채널 끝에 도핑 농도를 높여 주는 효과가 있으며 이로 인하여 문턱전압이 올라간다. 전체적으로 볼 때 소자 축소화로 문턱전압이 내려가지만 제작에 약간의 오차가 포함된 소자의 경우에는 할로로 인하여 지나치게 문턱전압이 낮아지는 것을 예방하는 것이다.

○ 세계 반도체 및 집적회로 역사에 획기적인 업적을 이룩했던 ‘첨단 전자산업의 대부’ 고 강대원 박사가 미국 컴퓨터 분야의 최고 전문가 조직인 ‘전국 발명가 명예의 전당’ 회원으로 정식 입회하게 됐다고 한다. [미주 한국일보 2009년 05월 03일]<강대원, 1931년생, 1955년 서울대 졸, 1959년 오하이오 주립대 전자공학박사, 1960년 ‘MOSFET’ 발명> (http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-MOS .html). IT 강국이라는 말이 하루아침에 얻어진 것이 아님을 알 수 있으며 앞으로 더욱 매진할 것을 다짐한다.

저자: D. P. Brunco et al
자료유형: 학술정보