세계 최초의 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터 달성

HighMobilityGroup III-V 화합물 반도체및 게르마늄 (GE)채널에서 채택C온라인 바카라세계 최초의 트랜지스터가 실현되었습니다 기존의 실리콘 (SI) 트랜지스터의 성능 개선은 성능 개선을 제한하여 성능을 200% 이상 향상시키기가 어렵지만 현재 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터의 실현으로 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터는 200%의 전통 실리콘 (SI) 트랜지에스 (SI) 트랜지스터를 능가 할 것으로 예상됩니다

도쿄 대학 (Hamada Junichi의 회장) (이하 도쿄 대학으로 언급), 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 [Nomaguchi Yutaka의 회장] (이하 Aist라고 불리는) 국립 재료 및 재료 연구 연구소 [Ushioda Shiokatsu의 회장] (이하 "재료 기관"이라고 불림)은 실리콘 플랫폼에서 III-V 그룹 반도체 채널 트랜지스터 기술의 개발에 대한 공동 연구를 수행하고 있습니다

이번에는 도쿄 대학의 기판 제조 기술 및 장치 제조 기술, AIST의 프로세스 개발 기술 및 Sumitomo Chemical의 Crystal Growth 기술 및 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터의 실질적인 사용을위한 기본 기술의 강점을 활용할 것입니다 (1) GE 기판 및 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터에 대한 III-V 채널 통합 기술자체 정렬 유형동시 제조 기술, (2) 울트라 얇은 채널III-V-OI 온라인 바카라FET8992_9041

이 결과에 대한 세부 사항은 최첨단 장치 기술에 대해보고됩니다 "2011VLSI 기술에 대한 심포지아"(VLSI Symposia2011) 논문은 (2011 년 6 월 13 일 16 일, Kyoto)에 3 개의 기사로 발표됩니다

이 연구는 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직 (NEDO) 프로젝트의 계약, "새로운 나노 전자 반도체 재료의 개발 및 새로운 구조화 된 나노 전자 장치 기술 개발"(실리콘 플랫폼에서 III-V 그룹 반도체 채널 트랜지스터 기술의 R & D)에 따라 수행되고 있습니다

■ 포인트 ■

이전 실리콘 트랜지스터는 성능 향상이 제한되어있어 성능을 200%이상 향상시키기가 어렵습니다 이번에 III-V/GE CMO의 개발을 실현 함으로써이 한도를 극복 할 수 있습니다 또한 이번에 개발 된 기본 기술을 적용함으로써 III-Vn온라인 바카라FET 및 HIGH HOLE MOBILITY를 가진 GEP우리는 온라인 바카라FET을 통합 한 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터가 실질적으로 사용될 것으로 기대합니다

포인트 1 : 세계 최초의 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터의 실현

• 세계 최초의 고성능 차세대 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터가 실현되었습니다 기판 라미네이션 기술을 사용하여 GE 기판에 Indium Gallium Arsenide (INGAAS) 채널을 통합함으로써, 우리는 전자 이동성이 높은 III-V 채널과 GE 채널을 세계에서 처음으로 높은 구멍 이동성으로 제작하는 데 성공했습니다 또한, III-V 또는 GE 채널과 니켈 (NI)의 합금 반응은 III-Vn온라인 바카라FET 및 GEP온라인 바카라FET금속 s/d접합부와 함께 동시에 제작 된 자체 정렬 프로세스를 개발했습니다 III-Vn온라인 바카라FET 및 GEP이것은 온라인 바카라FET을 동일한 기판에 통합 할 수있는 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터 개발에서 세계에서 처음입니다 이는 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터를 실질적으로 사용할 것으로 예상됩니다

포인트 2 : 높은 전자 이동성 울트라 얇은 채널 III-V-OIn높은 온라인 바카라FET 성능

• 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터에 통합 될 수있는 10 nm 미만의 필름 두께를 가진 초박형 채널 III-V 온라인 바카라FET의 고성능을 향해Ingaas 복합 채널|n우리는 Si 온라인 바카라FET보다 4 배 이상 높은 전자 이동성을 달성하기 위해 온라인 바카라FET을 개발했습니다 높은 전자 이동성을 유지하는 울트라 얇은 채널 III-V-OIn온라인 바카라FET스케일링실현 될 것입니다

포인트 3 : 금속 S/D 및 금속 게이트를 공유하는 미세 III-V/GE C온라인 바카라 프로세스 기술 개발

• 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터를 제조하기 위해, 우리는 일반적인 금속을 사용하여 금속 S/D 및 금속 게이트 형성 기술을 개발했으며, III-V/GE C온라인 바카라 공정을 성공적으로 단순화하고 100 NM 또는 그 이하의 게이트 길이로 미세 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터의 작동을 보여 주었다

연구 결과 1 : 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터의 세계 최초 실현
~ 동일한 기판에 III-V 및 GE 채널을 통합하기위한 기술 개발 및 III-V/GE Metal S/D C온라인 바카라 트랜지스터를위한 동시 제조 기술 개발 자체 정렬 NI 합금 기반 프로세스

우리는 세계 최초의 Ingaas-OI-on-ge 기판을 개발했으며, 이는 Ingaas 채널을 전자 이동성이 높은 고 전자 이동성과 동일한 기판에서 높은 구멍 이동성과 통합하여 차세대 고성능 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터를 실현할 수있게 해줍니다 또한, 우리는 자체 정렬 된 NI 합금 기반 공정을 사용하여 III-V/GE Metal S/D C온라인 바카라 트랜지스터에 대한 동시 제조 기술을 개발했습니다 이 결과 III-Vn온라인 바카라FET 및 GEP이것은 전 세계에서 동일한 기판에서 온라인 바카라FET으로 만든 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터를 실현 한 것은 세계에서 처음으로 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터가 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터가 고전경 재료를 통합하여 실현 될 수 있음을 보여주었습니다

이번에는 보드 라미네이션 기술을 사용하여내장 된 산화물 (박스) 층al₂O₃재료로서 (그림 1-1) 또한, NI와 III-V 채널과 GE 채널 사이의 합금 반응은 III-V 채널을 달성하기 위해 사용된다n온라인 바카라FET 및 GEP우리는 자체 정렬 방식으로 온라인 바카라FET의 S/D 접합을 동시에 형성 할 수있는 프로세스를 개발했습니다 (그림 1-1) III-Vn온라인 바카라FET 및 GEP이것은 세계에서 온라인 바카라FET의 작동을 보여주는 첫 번째였으며 (그림 1-2), 세계에서 III-V/GE Metal S/D C온라인 바카라 트랜지스터를 개발하는 데 처음이었습니다 III-Vn온라인 바카라FET 및 GEP온라인 바카라FET의 높은 전자 이동성, 약 1800cm²/vs 및 높은 구멍 이동성 약 260 cm²/vs가 실현되었습니다 여기, Ingaasn온라인 바카라FETS 및 GEP온라인 바카라FETS는 sin/P온라인 바카라FET에 비해 최대 35 배, 23 배 더 나은 성능을 달성합니다 (그림 1-2)

그림 1-1 III-V-OI-on-GE 보드 (왼쪽 이미지)의 사진 ingaasn온라인 바카라FET 및 GEP온라인 바카라FET 사진 (오른쪽 이미지)

그림 1-2 III-v-OI-on-GE 기판에 제작 된 Ingaasn온라인 바카라FET 및 GEP온라인 바카라FET 트랜지스터 특성 III-V/GE Metal S/D C온라인 바카라 트랜지스터의 전류-전압 특성 (왼쪽 이미지) 우수한 트랜지스터 작동이 성공적 이었다는 것은 분명합니다 Ingaas-Oin온라인 바카라FETS 및 GEP온라인 바카라FETS는 각각 SI 트랜지스터 (오른쪽)보다 약 35 배 높은 전자 이동성 (오른쪽) 및 홀 이동성 (중앙 다이어그램)을 달성했습니다

연구 결과 2 : 고 전자 이동성 초대형 채널 III-V-OI 온라인 바카라FET의 개발
~ 1 nm ~

울트라 얇은 채널의 사용은 온라인 바카라FET의 소형화로 인한 누출 전류 증가에 대한 해결책이 될 것으로 예상됩니다 이번에는 전체 채널 두께가 10 nm 미만인 Ingaas 복합 채널을 갖춘 III-V-OI 온라인 바카라FET을 개발했으며 세계에서 처음으로 운영을 시연하는 데 성공했습니다

Ingaas Composite 채널에서, 조성물이 적은 ingaas 층을 갖는 높은 인듐 (IN) 조성물로 Ingaas 층을 샌드위치함으로써 현재 흐름이 흐르는 성분이 높은 ingaas 채널 층 (유효 채널 층)을 만듭니다게이트 절연 필름에서 멀리 떨어져있을 수 있으며 총 채널 두께가 약 10 nm 인 초 얇은 채널 층에서도 전자 산란을 억제하고 전류 흐름을 더 쉽게 만들 수 있습니다 Sumitomo Chemical의 우수epitaxial Growth기술을 사용하여 제작되었습니다 그림 2-1은 변속기 전자 현미경을 사용한 Ingaas 복합 채널의 단면 관찰 결과를 보여줍니다 양질의 채널 형성을 볼 수 있습니다 그림 2-2는 Ingaas 복합 채널의 작동 특성을 보여줍니다 여기서 우리는 효과적인 채널 필름 두께를 1 nm로 얇게하는 데 성공했으며, 프론트 게이트 작동만으로 10⁷ON/OFF 현재 비율실현되었습니다 또한, 유효 채널 두께가 5 nm 인 구조에서, 벌크 III-VnSI, 온라인 바카라FET에 해당하는 높은 전자 이동성n온라인 바카라FET보다 약 42 배 높은 전자 이동성을 달성합니다 이는 높은 이동성을 유지하면서 울트라 얇은 채널 III-V-OI 온라인 바카라FET의 스케일링을 달성 할 것으로 예상됩니다

그림 2-1 Ingaas 복합 채널의 단면 사진 총 채널 필름 두께가 10 nm 이하의 ingaas 복합 채널은 조성물이 다른 ingaas 층에 의해 형성된다 전류는 조성이 높은 중심 Ingaas 층 (유효 채널 층)을 통해 흐릅니다

ingaas 복합 채널이있는 그림 2-2 III-V-OIn온라인 바카라FET의 성능 평가 유효 채널 두께가 1 nm 인 복합 ingaas 채널이 실현됩니다 (왼쪽 그림) 효과적인 채널 두께가 5 nm 인 Ingaas 복합 채널을 갖는 III-V-OIn온라인 바카라FETS에서 두께가 10 nm의 두께를 가진 Ingaas 단층의 III-V-OIn온라인 바카라FET보다 약 16 배 더 많은 SIn온라인 바카라FET (중앙 다이어그램)보다 약 42 배 더 높은 전자 이동성을 달성했습니다 약 10 nm의 초박형 채널 III-V-OI 온라인 바카라FET은 벌크 III-V 온라인 바카라FET (오른쪽 이미지)와 유사한 전자 이동성으로 달성되었습니다

연구 결과 3 : 금속 S/D 및 금속 게이트를 공유하는 미세 III-V/GE C온라인 바카라 프로세스 기술 개발

높은 이동성 채널 III-V/GE CMO 과정에서 채널 재료는 다르므로 통합으로 인해 그 어느 때보 다 프로세스 복잡성이 더 많아 질 수 있습니다 미세한 III-V/GE CMO를 실현하기 위해, 우리는 다른 채널 재료에 적합한 공통 프로세스와 재료를 개발했으며, 게이트 길이가 100 nm 미만인 미세 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터의 작동을 성공적으로 입증했습니다

Ingaas and GE밴드 라인업에서 (그림 3-1), 우리는 ingaas의 전도 밴드 가장자리와 GE의 원자가 밴드 가장자리가 매우 가깝다는 것을 알 수 있습니다 이것으로부터,n/P게이트 전극 재료의 시스템은 온라인 바카라FET 임계 값 제어 측면에서 공통적 일 수 있습니다 또한,이 공통 금속 전극은 소형화에 적합합니다Schottky BarrierS/D 트랜지스터의 금속 S/D 재료로도 유용합니다 이것은 이종 채널 재료에도 불구하고 단일 재료로 게이트와 S/D 전극을 실현할 수 있음을 의미합니다 이 개념에 기초하여, 탄탈 룸 질화물 (TAN)은 일반적인 금속 물질로 사용되며 게이트 길이 100 nm 이하의 소형화가 달성 될 수있다게이트 마지막 방법|n온라인 바카라FET 및 GEP우리는 프로토 타입 온라인 바카라FET을 만들었습니다 (그림 3-2) 그림 3-3은 제작 된 Ingaas 온라인 바카라fet 및 GEP온라인 바카라FET의 작동 특성 우리는 Ingaas 및 GE 채널을 사용하여 동시에 대조적이고 우수한 트랜지스터 특성을 성공적으로 달성했습니다 또한 100 nm 이하의 게이트 길이에서 높은 스케일링 저항을 나타내며, 일반적인 금속 재료에 의해, III-V/GE 이종 채널 C온라인 바카라 프로세스를 통합하고 정제하는 능력이있을뿐만 아니라 C온라인 바카라 프로세스의 상당한 단순화를 달성했습니다

그림 3-1 Ingaas and GE 밴드 라인업

그림 3-2 게이트 길이를 가진 ingaas n온라인 바카라fet의 단면 사진

그림 3-3 게이트 길이가 100 nm 인 ingaas n온라인 바카라fets 및 ge p온라인 바카라fet의 전류 전압 특성

이와 같이,논리 LSI전자 이동성이 높은 Ingaas와 같은 III-V 채널 및 구멍 이동성이 높은 GE 채널로 대체되었습니다 또한 성능을 향상시키기 위해 Ultra-en Channel III-V-OI 온라인 바카라FET의 스케일링 및 성능을 향상시키는 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터에 대한 프로세스 기술을 성공적으로 설정했습니다 이를 실질적으로 사용하는 차세대 고성능 C온라인 바카라 트랜지스터는 컴퓨터, 서버, 디지털 홈 어플라이언스 등의 성능과 더 낮은 전력 소비를 증가시킬 것으로 예상됩니다

도쿄 대학, AIST, Sumitomo Chemical 및 Materials Agency는 공동 연구를 통해 실리콘 플랫폼에서 III-V 반도체 채널 트랜지스터 기술 개발에 대한 공동 연구를 수행하고 있습니다 이 공동 연구 결과는 NEDO 프로젝트, "새로운 나노 전자 반도체 재료의 개발 및 새로운 구조화 된 나노 전자 장치 기술의 개발"(실리콘 플랫폼에서 III-V 그룹 반도체 채널 트랜지스터 기술의 연구 및 개발)에 의해 의뢰되었습니다 [테마 리더 Takagi Shinichi] 2007 년부터 2011 년까지 5 년 동안 기존 트랜지스터의 성능을 크게 향상시키는 새로운 트랜지스터 구조 및 재료를 개발해 왔습니다

이 연구 주제는 16 세대 이후 LSI 트랜지스터에 대한 재료 옵션을 고려하는 새로운 엔지니어링 방법을 제안하고 미래의 초 미세 트랜지스터의 구조가 될 것으로 예상되는 III-V-OI 구조화 된 트랜지스터를 실현하는 것을 목표로합니다 III-V 채널은 SI보다 전자 이동성이 높으며 전류 주행 전력이 더 높을 것으로 예상됩니다 반면에 실질적으로 사용하려면 기존 SI LSI 제조 기술을 사용하여 트랜지스터를 제작할 수 있어야합니다 따라서 III-V 채널은 SI 기판에 통합되어야합니다 그러나, 결정 성장을 사용하는 기존의 방법으로 인해 SI 기판에 III-V 채널을 통합하는 것은 매우 어려웠다 따라서이 연구에서는 직접 기판 결합 기술을 사용하여 III-V-OI 구조를 제조 할 것을 제안합니다 지금까지 sio₂ya al₂O₃박스 레이어로서, 우리는 두께가 32 ~ 100 nm의 III-V 채널을 성공적으로 통합했으며, 전자 이동성이 높은 III-V-OI 온라인 바카라FET을 개발 한 최초의 III-V-OI 온라인 바카라FET을 개발했습니다 결과는 2009 년에 발표되었습니다VLSI 기술에 대한 심포지아YA 2010VLSI 기술에 대한 심포지아, 2010국제 전자 장치 회의등에 대해보고했습니다 이번에는 III-V 채널을 전자 이동성이 높은 및 GE 채널과 높은 구멍 이동성과 성공적으로 통합했으며 세계 최초의 III-V/GE C온라인 바카라 트랜지스터를 깨달았으므로 2011 년까지 결정했습니다VLSI 기술에 대한 심포지아에 대한 보고서

 

◆ C온라인 바카라

보완(보완) 온라인 바카라의 약어n채널 온라인 바카라FET 및PChannel 온라인 바카라FET이라는 장치로, 서로 켜기/오프 작업을 직렬로 반전시킨 트랜지스터 유형입니다 이것은 통합 회로에서 신호 처리를 수행하기위한 가장 기본적인 회로입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 이동성

고체에서 캐리어의 흐름의 용이성을 나타내는 색인이며, 적용된 전기장 강도 및 캐리어 달리기 속도의 비례 계수입니다 동일한 크기의 전압이 적용되면 이동성이 높을수록 캐리어의 달리기 속도가 높을수록 전류가 높아집니다[참조로 돌아 가기]

◆ III-V 화합물 반도체

결합 그룹 III 원자 (알루미늄, 갈륨, 인듐 등) 및 집단 V 원자 (질소, 인, 비소 등)로 만들어진 반도체는주기적인 요소 표의 조직 전형적인 예로는 갈륨 아르 세 나이드 (GAAS), 인듐 인 (INP), 인듐 갈륨 아르 세 나이드 (Ingaas), 인듐 아르 세 나이드 (INAS) 및 질화 갈륨 (GAN)이 포함됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 온라인 바카라FET, Channel

온라인 바카라FETS는 LSIS의 가장 기본입니다Metal-Oxide-Semiconductor(금속-산화물-세미 컨덕터)필드 효과 트랜지스터(필드 효과 트랜지스터)에 대한 약어 온라인 바카라FET에는 게이트, 소스 및 배수의 세 가지 전극이 있습니다 게이트 전극에 적용된 전압 (게이트 전압)은 반도체 측면에서 전자 (음전 전하) 또는 구멍 (양전하)의 캐리어를 유도하여 전류가 켜지고 꺼집니다 운송 업체가 이동하는 영역을 채널이라고합니다 채널의 입구쪽에있는 전극을 소스라고하며, 캐리어가 꺼내는 출구 쪽의 전극을 배수라고합니다 채널에서 전자가 유도 된 유형의 요소n채널 온라인 바카라 Transistor를 입력합니다 구멍을 통과하는 장치 유형P-유형 채널 온라인 바카라 트랜지스터nandP각각음성(음수),긍정적(양수)에 대한 약어[참조로 돌아 가기]

◆ 자체 정렬 유형

실제로 온라인 바카라FET의 소스/배수 위치와 이전에 형성된 게이트 전극과 일치합니다[참조로 돌아 가기]

◆ III-V-온 절연체(III-V-OI)

iii-v-온-절연체(III-V-OI)는 단열 필름에 형성된 그룹 III-V 화합물 반도체의 단일 결정 박막을 지칭한다 III-V-OI 보드는 아직 사용할 수 없습니다 이 연구에서 ingaas는 그룹 III-V 화합물 반도체로 사용됩니다 III-V 화합물 반도체의 전자 이동성은 SI보다 훨씬 높으므로 고성능입니다n채널 온라인 바카라 트랜지스터를 형성 할 수 있습니다 이 연구에서, Ingaas-OI 기질은 주로 ingaas를 그룹 III-V 화합물 반도체로 사용하여 제작된다[참조로 돌아 가기]

◆ Ingaas 복합 채널

epitaxial Growth를 사용하여 제조 된 채널 층은 높은 조성물 ingaas 층 사이에 샌드위치 된 조성물이 높을수록 높은 Ingaas 층으로 구성됩니다 조성물이 더 높은 ingaas 층을 갖는 높은 조성물로 Ingaas 층을 샌드위치함으로써, 캐리어는 조성물이 더 높은 ingaas 층에 집중하는 경향이 있다면, 이동성은 조성물이 더 높은 단일 ingaas 층으로 구성된 채널 층의 이동성보다 높을 것으로 예상된다[참조로 돌아 가기]

◆ 금속 소스/배수 (금속 s/d)

온라인 바카라FET에서 소스 및 배수는 채널에 금속을 결합하여 형성됩니다 기존의 S/D 형성에서, 불순물은 이온 임플란트에 의해 채널의 입구 및 출구에 도입되어 접합부를 형성한다[참조로 돌아 가기]

◆ 스케일링

장치 크기를 줄입니다 이를 소형화라고도합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 내장 된 산화물 필름 (박스) 층

절연 층 (묻힌 산화)에 대한 약어[참조로 돌아 가기]

◆ 게이트 단열 필름

온라인 바카라FET의 채널과 게이트 전극 사이에 삽입 된 절연 필름 채널에서 캐리어를 유도하기 위해 게이트 전극에 전압을 적용 할 때, 게이트 전극과 채널 사이의 전류가 흐르지 않도록하는 역할을합니다 온라인 바카라FET의 특성은 게이트 절연 필름과 채널 사이의 인터페이스에서 생성 된 전하 및 결함에 의해 크게 영향을 받으 므로이 인터페이스의 품질을 향상시키는 것이 중요합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 에피 택셜 성장

결정 기판 상에 박막을 형성 할 때, 박막의 결정 성 배향은 기질 결정 방향의 영향으로 인해 성장하며,이 방법을 사용하여 결정 박막을 제조하는 방법 예를 들어, 기판이 (100) 평면 일 때, 동일한 결정 구조를 갖는 재료가 자라면, 자란 결정의 평면 방향은 일반적으로 (100) 평면이다[참조로 돌아 가기]

◆ 현재/끄기 전류 비율

게이트 전압의 크기에 따라 온라인 바카라FET의 배수 전류가 변경 될 때 최대 전류 (ON)와 최소 전류 (OFF)의 비율 이것은 현재 스위치로서 온라인 바카라FET의 성능을위한 중요한 지표 중 하나입니다[참조로 돌아 가기]

◆ Schottky Barrier

Schottky 장벽이라고하는 에너지 장벽은 반도체와 금속 사이의 인터페이스에서 발생합니다 따라서, 전류 가이 인터페이스를 통해 흐르면, 전자는 에너지 장벽을 초과하거나 터널을 초과합니다 접합의 저항을 줄이려면이 장벽을 낮추어야합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 밴드 라인업

반도체, 금속 및 단열 필름을위한 에너지 밴드 라인업 적절한 바인딩 라인업을 선택함으로써 온라인 바카라FET 임계 값을 제어 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 게이트 마지막 방법

S/D 영역이 처음 형성되는 온라인 바카라FET을 제조하는 방법, GATE 절연 필름 및 게이트 전극 부분이 마침내 형성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 논리적 LSI

논리적 계산을 수행하는 LSI[참조로 돌아 가기]