하위 나노 미터 정확도로 트바카라 양방의 접합 위치 제어

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")NanoElectronics Research Division[연구 부서 이사 Kanamaru Masatake] 연구원 Mizubayashi Wataru, Silicon Nanode 장치 그룹, 최고 연구원 Uda Shinji, 최고 연구원 Ota Hiroyuki, 최고 연구원 Masahara Akiue 등은 다음과 같습니다16 nm Generation8494_8535

16 nm 세대의 초 미세 MOS 트바카라 양방의 경우소스-드레인 정션지역기생충 저항분명 해지고 소형화로 인해 고원이 증가 할 것이며, 특징적인 개선은 약 10 nm로 증가합니다게이트 길이에 대한 정밀한 소스 드레인 접합을 형성하는 것입니다 이번에 개발 된 기술은 매우 낮은 저항 금속 소스/드레인 접합의 위치를 하위 나노 미터 수준에서 제어 할 수있게합니다 또한 이것이 트바카라 양방 성능을 크게 향상 시킨다는 것이 확인되었습니다 이 제어 기술은 16 nm 생성에서 MOS 트바카라 양방의 접합 위치 제어 문제를 해결하게 될 것입니다 이 연구 개발은 NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization)에서 차세대 반도체 재료 및 공정 인프라 (MIRAI) 프로젝트에 의해 의뢰되었습니다

이 기술에 대한 자세한 내용은 Kyoto City에서 2011 년 6 월 14 일부터 16 일까지 개최되는 국제 회의 "VLSI Technology Symposium"(2011VLSI 기술 심포지엄)에서 발표됩니다

이번에 개발 된 기술과 그 특성을 사용하여 생산 된 금속 소스/배수 접합이있는 초고속 MOS 트바카라 양방 다이어그램의 상자가 포함되어 있습니다2, Poly-Si는 Polycrystalline Si를 나타냅니다 8 nm의 측면 성장은 유효 게이트 길이가 16 nm 감소되었음을 의미합니다

지금까지 실리콘 통합 회로는 가장 작은 구조 단위 인 트바카라 양방 요소를 소형화하여 고성능과 높은 통합을 달성했습니다 장치의 소형화로 인해 비용 감소가 발생함에 따라 고급 장치 개발을위한 치열한 경쟁이 계속됩니다 그러나 2016 년 이후 시장에 도입 될 예정인 16 nm 생성 및 이후 트바카라 양방 기술로 인해 가장 큰 과제는 실리콘 반도체 소스-드레인 접합 영역에서 기생 저항성을 개발하는 것이며, 이는 인산염, 비소 및 붕소와 같은 고농도의 불순물로 만들어지며, 10 번의 게이트 길이에 대한 공급원이 캔을 형성하는 기술을 개발하는 것입니다 특히, 접합 위치의 변동은 트바카라 양방 특성에 큰 변화를 일으킬 수 있으며, 나노 미터 수준에서 접합 위치를 제어 할 수있는 기술 개발에 대한 강한 수요가 있습니다

AIST는 계약 프로젝트에 따라 NEDO의 차세대 반도체 재료 및 프로세스 인프라 (MIRAI) 프로젝트에서 초 미세 트바카라 양방의 실질적인 사용을 준비하기 위해 최첨단 CMOS 프로세스 기술을 개발하고 있습니다 2005 년에 매우 저항Nisiide (Nisi₂)우리는 금속 소스-드레인 접합을 개발했으며 저항이 이전 실리콘 반도체 접합의 약 100 분의 1만큼 감소 함을 확인했습니다 2010 년 에이 회사는 세계에서 가장 얇은 두께가 05nm 인 고유성 상수 게이트 단열 필름을 성공적으로 개발하여 트바카라 양방에 도입했습니다 (2010 년 12 월 8 일에 AIST 언론의 애니메이션) 또한,Silicon-on-Irsulator(SOI) 보드를 사용하여 트바카라 양방 개발에 대한 연구를 홍보하고 있습니다

그림 1은 기존의 실리콘 반도체 소스 드레인 접합 및 금속 소스 드레인 접합의 비교를 보여줍니다 실리콘 반도체 소스/배수 접합은 인, 비소, 붕소 등의 이온 주입 및 고온에서의 열처리에 의해 형성되며, 이식 위치의 변화, 열 확산의 변화, 열 확산으로 인한 특성의 변화, 및 높은 저항성 (인산, 아르론 등) 한편, 금속 소스/배수 접합부는 금속과 실리콘 (SI) 사이의 고형상 반응으로 인해 비교적 낮은 온도에서 형성되므로 결합 위치에 변화가 없으며 결합 계면이 가파르게되므로 특성의 변화를 크게 억제 할 수 있습니다

그림 1 실리콘 반도체 소스 드레인 접합 및 금속 소스 드레인 접합의 비교

니시₂결정은 (111) 평면으로 둘러싸인 안정적인 구조를 생성하는 특성을 가지고 있습니다 이번에는 Nisi₂형성되었고, 초트라핀 트바카라 양방에서 금속 소스-드레인 접합의 위치를 제어 할 가능성이 탐구되었다 더미 게이트 구조를 생성하기 위해 8nm 두께의 SOI 층을 준비 하였다 NI 필름을 퇴적시킨 후, 필름을 500 ℃에서 열처리하여 NISI를 얻었다₂결정이 형성되었습니다 이 결정의 크기는 SI 크리스탈의 크기와 거의 동일하기 때문에epitaxial구조가됩니다 투과 전자 현미경 (TEM)에 의한 단면 관찰 동안, 반응되지 않은 Ni 후에 HFO₂영화가 퇴적되었습니다

열처리 시간이 변경 될 때의 에피 택셜 nisi₂소스-드레인 접합 위치의 단면 TEM 이미지가 그림에 나와 있습니다 NISI₂의 준 안정 (100) 및 안정 (111) 표면 볼 수 있습니다 100 분의 열처리 중에, 결정 성장은 <10> 방향으로 진행되고, 내장 된 SIO₂(그림Box|)로 작성된 성장은 인터페이스에 도달하는 것을 멈췄습니다 현재 Nisi₂의 (111) 평면의 위치 변경되지 않았습니다 또한, 다음 300 분의 열처리에 이어 NISI₂안정적인 (111) 표면을 유지하면서 측면 방향으로 결정됩니다 이는 트바카라 양방의 접합 위치의 변화에 해당하며, 측면 접근법은 300 분 동안 열처리에 의해 8nm이다 이 현상에서, 성장 속도는 고체에서 원자의 확산에 의해 결정되므로, 성장량은 제곱근의 시간에 의존하지만, 성장 속도를 추정하는 경우 004 nm/min에서 매우 느리고 나노 미터 수준에서 제어 할 수 있다고 생각된다

그림 2 열처리 시간을위한 에피 택셜 NISI2소스-드레인 정션의 위치 변화의 임시 TEM 이미지 다이어그램의 상자가 포함되어 있습니다2, Poly-Si는 Polyrystalline Si를 나타냅니다

동일한 게이트 구조 및 게이트 길이로 만 열처리 시간을 변경하여 트바카라 양방를 프로토 타입으로, 접합 위치의 효과를 조사 하였다 트바카라 양방 특성의 비교는 그림에 나와 있습니다 3 접합 위치를 더 가깝게 만들어 배수 전류가 20% 이상 증가합니다 또한, 특성의 변화가 증가하지 않았다는 것이 확인되었다 이렇게 니시₂결정 성장의 특성을 사용하는 금속 소스-드레인 접합에 대한 위치 제어 기술은 16 nm 생성의 MOS 트바카라 양방의 새로운 접합 기술로 예상 될 수 있습니다

그림 3 게이트 길이가있는 에피 택셜 nisi 50 nm2소스-드레인 접합 MOS 트바카라 양방의 전류-드레인 전압 (id-vd) 특성 열처리 시간이 1 분 (측면 성장 0 nm) 및 300 분 (8nm의 측면 성장)으로 프로토 타입 트바카라 양방의 성능을 비교합니다 8 nm의 측면 성장은 유효 게이트 길이가 16 nm 감소되었음을 의미합니다

이번에 개발 된 기술은 특성을 향상시키는 고원 문제를 해결할 것이며, 이는 16 nm 생성과 그 이상에서 점점 더 심각해져 MOS 트바카라 양방의 추가 소형화를 허용합니다 앞으로, 우리는 훨씬 더 소형화 된 트바카라 양방를 실현하고 회로 수준에서 성능 향상을 보여 주려고합니다

◆ 16 nm 생성 (트바카라 양방 기술)

국제 반도체 기술 로드맵 (반도체를위한 국제 기술 로드맵) 2016 년에 시장에 출시 될 것으로 예상되는 트바카라 양방 및 배선 사양 (각 차원, 전기 특성, 배선 간격 등)의 업계 이름입니다 최소 금속 배선 피치 반 길이 (Half Pitch)로 정의 된 Half-Pitch 22 nm 생성이라고도합니다 현재 상업적으로 이용 가능한 통합 회로는 32 nm 생성 (반 피치 45 nm 생성) 트바카라 양방 기술을 사용합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 소스 드레인 정션

MOS 트바카라 양방 전극 소스는 전자 공급원을 의미하며 배수는 전자 출구를 의미합니다 MOS 트바카라 양방에서, 소스 전극과 배수 전극 사이에 샌드위치 된 채널 전위 (전자의 전기 벽)는 게이트 전압에 의해 위아래로 이동하여 소스에서 배수로 전자의 흐름을 제어하고 스위칭 특성을 나타낸다 일반적으로 소스/배수 전극은 실리콘에 다량의 불순물 (인, 비소, 붕소 등)을 주입하여 형성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 기생충 저항

기생충 저항은 소스/배수 저항, 게이트 저항 등을 의미합니다 트바카라 양방에서 기생성 저항으로 인한 전압 강하가 특성이 악화됩니다 따라서 최첨단 트바카라 양방에서 기생 저항을 억제하는 방법은 중요한 기술적 문제입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 게이트 길이

MOS 트바카라 양방의 게이트 전극 길이 게이트 전극은 MOS 트바카라 양방를 켜고 끄는 것을 제어합니다 게이트 길이가 짧으면 소스와 배수 사이의 거리가 줄어들어 전류 흐름이 더 커지고 성능이 향상됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Nisiide (Nisi₂)

니켈에 실리콘과 반응하여 만든 합금 Nisiide (Nisi₂)와 실리콘 (SI)의 결정 사이의 격자 상수의 차이는 04%로 매우 작습니다 니켈 장애물의 시트 저항은 불순물 도핑 실리콘의 시트 저항의 10 분의 1 미만이다[참조로 돌아 가기]

◆Silicon-on-Irsulation(SOI) 보드

Si 기판과 표면 Si 층 사이의 SIO₂삽입됩니다 SIO₂단열 필름에 의해 차단 될 수 있기 때문에 짧은 채널 효과에 대한 저항이 높은 트바카라 양방 (게이트 길이가 게이트 길이로 배출 전류를 제어하는 능력이 더 작아지면서) 또한, 트바카라 양방의 기생 커패시턴스가 줄어들 수 있기 때문에 작동 속도를 향상시키고 전력 소비를 줄이는 데 효과적입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 에피 택셜 성장

이것은 결정이 기판이되고 기저 기질의 결정 표면과 정렬되어 배열되는 결정의 상단에서 성장하는 방법입니다 이 경우, 니켈 분비 살충 결정은 기본 실리콘 결정 표면과 일치하여 자랍니다[참조로 돌아 가기]