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2003 년 12 월 12 일
차세대 시스템을위한 High-K 단열 블랙토토 트랜지스터 LSI
성능 예측 시뮬레이션 기술 개발
프로세스 조건의 최적화 및 개발 기간 단축에 기여
토토 사이트. Central Research Institute (이사 : Hitachi라고 불리는 Nishino Hisaichi)는 차세대 고성능 장치가 될 것으로 예상되는 고유 전기 상수 게이트 단열 블랙토토입니다.*1(HEALLIAFTER는 고정밀을 가진 하이 -K 블랙토토이라고합니다). 이로 인해 성능 지표 역할을하는 캐리어 (전자 및 구멍)의 이동성이 발생합니다.*2시스템 LSI 개발을 위해 미래에 하이 -K 절연 블랙토토 트랜지스터를 도입 할 때 프로세스 최적화 및 개발 시간을 단축하는 데 기여할 것으로 예상됩니다.
블랙토토광대역이 확산되면서 이미지 및 음악 정보에 대한 통신 환경이 개발되었으며 컴퓨터 및 모바일 정보 장치가 처리하는 정보의 양이 점점 더 증가하고 있으며 정보 장치의 두뇌 인 시스템 LSI는 속도와 전력 소비를 더욱 증가시켜야합니다. 전통적으로, 시스템 LSI의 고속 및 저전력 소비는 트랜지스터의 게이트 길이를 소형화하고 절연 필름 (실리콘 산화물 필름)을 얇게함으로써 촉진되었습니다. 그러나 단열 필름의 얇아지는 것은 이미 한계에 도달했으며 게이트 단열 필름을 통해 흐르는 터널 누출 전류의 증가는 전력 소비를 줄이기가 어렵습니다. 따라서, 유전 상수가 높은 고 -K 필름은 산화물 필름의 대체물로 사용될 수있는 단열 필름 재료로서 주목을 끌고있다. 하이 -K 필름은 더 큰 유전 상수를 가지기 때문에 실리콘 산화물 필름에 비해 더 두꺼운 필름을 사용할 수 있습니다. 따라서 누출 전류가 개선 된 것으로 확인되었습니다. 그러나, 필수 트랜지스터의 성능 (구동 전류)과 관련하여 지금까지 충분한 결과가 얻어졌습니다. 이 배후의 요인 중 하나는 캐리어 이동성에서 열화되는 것으로 생각되었지만 물리적 현상을 기반으로 한 모델링은 여전히 불충분했습니다.
이러한 배경으로 인해 Hitachi Central Research Institute는 High-K 절연 필름 트랜지스터를위한 성능 예측 시뮬레이션 기술을 개발했습니다. 이것은 트랜지스터에서 전자 및 구멍의 이동성에 영향을 줄 수있는 모든 물리적 요인 (1) 단열 필름의 고정 전하, (2) 단열 필름의 표면의 불균일, (3) 절연 필름의 위상 분리 및 (4) 모방 필름의 결정화)를 고려할 수있다. "양자 역학의 선형 반응 이론은 상기 언급 된 물리적 요인 각각에 대한 실험 데이터와 매우 일치합니다*3를 기반으로 모델을 적용하여 각 요인의 영향을 정량적으로 결정한 다음 모든 요소를 포함하는 포괄적 인 모델을 구성하는 방법을 사용합니다.
블랙토토이 시뮬레이션은 다음과 같은 현상을 보여줍니다.
(1) 우리는 전자 이동성의 악화 원인이 High-K 필름에 적용되는 전기장에 따라 다르다는 것을 발견했습니다. "고정 전하"는 전기장이 낮을 때 영향을 미치는 반면, "절연 필름 위의 인터페이스 및 절연 필름의 위상 분리 및 결정화"는 전기장이 높을 때 영향을 미칩니다.
(2) 전자 이동성이 크게 감소하더라도 구멍 이동성의 감소가 적다는 현상의 원인. 구멍은 전자보다 효과적인 질량이 더 무겁고 포논 산란이 발생하기 때문입니다.*4의 효과가 있기 때문입니다 지배적이며 고기 막에 덜 취약합니다.
이번에 얻은 결과는 매우 기본적이며, 미래에 하이 -K 절연 블랙토토 트랜지스터를 개발하기위한 최적의 절연 블랙토토 두께 및 프로세스 설계를 설계하는 데 유용한 시뮬레이션 기술이 될 것으로 예상됩니다.
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| ■ 용어 |
| (1) |
High-K Gate 절연 블랙토토 (High-K Film) : 기존의 실리콘 산화물 블랙토토보다 유전 상수가 높은 재료로 만든 게이트 절연 블랙토토. 상대 유전율은 종종 k로 표현되기 때문에이를 하이 -K 블랙토토이라고합니다. 유전 상수가 클수록 물리적 블랙토토 두께가 클수록 터널 누출 전류를 줄입니다. |
| (2) |
이동성 : 캐리어의 이동 용이성을 나타내는 물리적 양 (전자 또는 구멍). 단위 전기장 당 속도로 정의됩니다. 이동성이 높을수록 캐리어가 빠르게 이동하여 LSI가 고속으로 작동 할 수 있습니다. |
| (3) |
선형 응답 이론 : 전기장과 같은 외부 필드가 외부 필드와 관련하여 선형 적으로 (비례)에 적용될 때 물리적 수량의 변화 (응답)를 가정하는 이론. 외부 필드의 크기가 너무 작아서 시스템 상태를 변경하지 않을 때 매우 효과적인 일반 이론. 쿠 보 공무원으로도 알려져 있으며 지지자의 이름을 얻습니다. |
| (4) |
포논 산란 : 결정에서 원자의 진동으로 인한 캐리어의 산란. 결정의 원자는 서로에게 힘을 가하고 마치 마치 스프링에 의해 결합 된 것처럼 규칙적으로 진동합니다. 이 진동의 주파수는 결정 대칭 (원자의 배열) 등을 반영하기 위해 차별적으로 양자화되며,이 진동의 최소 에너지 단위를 포논이라고합니다. 포논은 입자처럼 행동하며 실제로 담체와 충돌 할 때 산란이 발생합니다. 실온과 고온에서 온도가 상승함에 따라 격자 진동이 점점 강해지기 때문에 포논 산란으로 인한 이동성의 감소는 장치의 특성에 중요한 영향을 미칩니다. |
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