칩 연구의 최전선에서
제 27 회 IEEE IPCF 대회에서 IMEC 는 유럽의 유명 대학인 KU Leuven 과 TU Wien 과의 공동 연구 결과를 발표했다. 팀은 HCD (핫 캐리어 퇴화) 효과의 연구 모델을 확장하여 HCD 효과와 자체 열 효과의 상관 관계와 상호 작용을 종합적으로 고려하여 나노 와이어 트랜지스터의 실제 측정에서 검증을 받았습니다.
고급 집적 회로 장치에서는 장치 크기가 작동 전압 및 바이어스 응력 전압보다 크게 감소하여 높은 전기장을 생성합니다. 또한 트랜지스터의 도랑 길이는 유류자의 평균 자유 거리보다 작거나 같으며, 유류자는 산란으로 인해 소모되는 에너지가 크게 줄어든다. 요약하면, 요인은 유류자의 현저한 가속도를 초래하고, 그 결과 상당한 열유자 퇴화 * (HCD) 를 초래할 수 있다. FinFET 와 같이 크기가 10nm 과 아시아 10nm 인 나노 와이어 트랜지스터 부품 및 집적 회로 장치 (예: FINFET) 에서는 자체 열 효과로 인해 HCD 효과가 더욱 심해지며, 이는 부품 신뢰성에 가장 큰 손상을 주는 문제로 간주됩니다.
그러나 HCD 와 밀접한 관련이 있는 바이어스 온도 불안정성 (BTI) 현상은 트랜지스터에서 HCD 만큼 파괴적이지 않습니다. 최근 몇 년 동안 BTI 를 통제하고 완화하는 기술적 수단이 제기되어 검증되었다. 이러한 작업의 대부분은 두 가지 점을 기반으로 합니다. 하나는 기능 함수를 조정하여 결함 밴드를 유류자가 도달할 수 없는 에너지 영역으로 옮기고, 다른 하나는 SiO 층과 높은 K 층 사이에 쌍극자를 도입하는 것입니다. 그러나 지금까지 HCD 효과를 늦출 수 있는 효과적인 방법은 없었으며, HCD 를 발생시킨 물리적 메커니즘을 더 잘 이해하면 HCD 효과를 늦추는 방법을 모색하는 데 도움이 될 것입니다.
자체 가열은 HCD 효과를 향상시키고 정확한 HCD 예측 모델은 자체 가열 효과의 영향을 고려해야 합니다. 그러나 현재 자체 가열이 HCD 에 미치는 영향을 시뮬레이션하는 모델은 모두 실험 경험과 고립된 추측과 가정에 기반을 두고 있으며 일방적입니다. HCD 감지 메커니즘에 대한 이해를 높이기 위해 회로의 실제 작동 조건에 더 가까운 연구 모델을 구축하기 위해 IMEC, 쿠 루벤, 투 비언이 공동으로 새로운 물리적 모델을 제안하고 검증했습니다. 관련 성과는 제 27 회 IEEE 집적 회로 물리 및 실효분석 국제회의 (IPFA, 집적 회로 물리 및 실효분석 국제세미나) 에 발표됐다. IMEC 와 유럽의 유명 대학의 Stanislav Tyaginov, 알렉산더 마카로프 등 10 연구위원은 이 논문의 공동 저자다.
* 핫 캐리어 퇴화: 핫 캐리어 퇴화 (핫 캐리어 퇴화라고도 함) 는 부품 내부의 일부 유류자가 외부의 영향을 받아 고에너지 핫 유류자가 되는 것을 말합니다. 이러한 핫 캐리어는 Si-H 키를 끊고 인터페이스 상태를 생성하며, 이로 인해 캐리어의 평균 자유 시간과 전자 이동률이 감소하여 부품의 소스 누출 전류가 감소합니다. 근무 시간이 늘어남에 따라, 기구의 주요 전기 특성의 퇴화가 점점 더 두드러지고 있다. 퇴화가 어느 정도 크면 부품 또는 전체 칩의 고장을 초래하여 심각한 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.
PNWFETS 형 나노선 전계 효과 트랜지스터, GAA 링 트랜지스터 장치 구조.
연구팀은 물리학의 기본 원리를 바탕으로 자체 난방 및 핫 캐리어 퇴화 (HCD) 모델링 프레임워크를 제시하고 검증했다. 연구에 따르면 자열이 HCD 에 미치는 영향 요인은 다방면으로 겹친 것으로 나타났다. 하나는 분포 온도의 유류자 수송 특성, 두 번째는 화학 결합의 진동 수명에 대한 온도 의존성, 세 번째는 키 해체의 열 공헌이다. 자체 열 효과로 인한 격자 온도 변화를 해결하기 위해 팀은 드리프트-확산 방정식과 열 흐름 공식을 종합적으로 해결했습니다. 균일하지 않은 온도 분포가 유류자 수송에 미치는 영향은 유류자 에너지 분포 함수가 고에너지 지역으로 향하는 경향이 있음을 보여준다. 우리 연구팀이 확대한 프레임워크는 실험 환경에서 pNWFETs 의 열유자 퇴화 과정을 정확하게 재현할 수 있다. 또한 자체 열 효과를 무시하면 모델에서 계산한 HCD 효과의 심각도가 실제 관찰보다 훨씬 낮다는 것을 알 수 있습니다.
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IMEC 와 유명 대학의 KU Leuven 과 TU Wien 은 나노 와이어 트랜지스터의 자체 열 효과와 핫 캐리어 퇴화의 물리적 메커니즘 간의 관계를 심도 있게 연구하는 혁신적인 물리적 모델을 구축했습니다. 나노 와이어 트랜지스터는 양산 단계에 접어들고 있으며, 향후 나노 와이어 트랜지스터의 완성률과 부품 신뢰성을 높이는 데 큰 의미가 있을 것으로 예상되며, 이 결과에 기반한 확장 연구개발도 향후 나노칩과 포크 장치의 공정 개발에 도움이 될 것으로 예상된다.
팀 책임자인 Stanislav Tyaginov 박사는 러시아 상트페테르부르크에서 태어났다. 그는 2006 년 물리학 박사 학위를 받았으며 IIRW 및 IRPS 기술 기획위원회 위원이다. 그는 듀비언 마이크로일렉트로닉스 연구소 HCD 모델 개발팀의 건설을 이끌고 과학정기 간행물과 회의논문집에 100 여 편의 논문을 발표했다. 현재 Tyaginov 박사의 연구 분야는 트랜지스터 물리적 모델 시뮬레이션, Si 및 실리콘 기반 트랜지스터의 HCD 효과 연구, BTI 및 지연 브레이크 다운 모델링, MOS 소자의 터널링입니다.
IMEC, 전체 이름: 국제 대학 마이크로일렉트로닉스 센터, 벨기에 마이크로일렉트로닉스 연구센터, 설립? 1984? 기술 연구 개발 센터가 있습니까? 본사는 벨기에 루모르에 있다. IMEC? 나노 전자 및 디지털 기술 분야에서 IMEC 는 세계 최고의 미래 지향적 주요 혁신 센터로 전략적으로 포지셔닝되고 있습니다. 어디서 왔어요? 2004 년? 45nm ~ 7nm 칩 최첨단 기술 개발에 참여했습니다.
비엔나 공대 (TU Wien) 는 비엔나 제국 공대로, 오스트리아 헝가리 제국 왕립과학원으로 설립된 종합 대학이자 독일어 국가 최초의 과학기술대학이다. 그것은 교육과 연구 분야에서 국제와 국내의 인정을 받아 유럽 최고의 대학 중 하나이다.
루벤 대학 (KU Leuven) 은 벨기에 최고학부로 세계 100 대 대학 중 하나이며 유럽 10 대 대학 중 하나이다. 그 집적 회로 관련 학과는 유럽에서 상위권에 있으며 벨기에 IMEC 와 집적 회로 기술 연구 개발 분야에서 심도 있는 협력을 하고 있습니다.
원본 링크:
Https://ieeexplore.ieee.org/document/9260648