금속 게이트

Metal gate
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알루미늄 합금이 <1 1 1 >실리콘에 합금되어 있는 것은 과잉 알루미늄 아닐에 의한 것입니다.집적회로 알루미늄 층은 화학적 식각으로 제거되어 이러한 세부 사항이 드러났습니다.

금속 게이트는 측면 금속 산화물 반도체(MOS) 스택의 맥락에서 트랜지스터 채널에서 산화물로 분리된 게이트 전극으로, 게이트 재료는 금속으로 만들어집니다.1970년대 중반 이후 대부분의 MOS 트랜지스터에서 금속의 "M"은 비금속 게이트 재료로 대체되었습니다.

알루미늄 게이트

최초의 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)는 1959년 벨 연구소에서 모하메드 아탈라와 다원 칸에 의해 만들어졌으며 1960년에 [1]시연되었다.그들은 실리콘을 채널 재료와 비자기 정렬 알루미늄 [2]게이트로 사용했습니다.알루미늄 게이트 금속(일반적으로 웨이퍼 표면 위의 증발 진공 챔버에 축적됨)은 1970년대 초반까지 일반적이었습니다.

폴리실리콘

상세 정보:자기 정렬 게이트

1970년대 후반, 업계는 제조 복잡성과 [citation needed]성능 문제로 인해 금속 산화물 반도체 스택의 게이트 재료로 알루미늄에서 벗어났습니다.알루미늄을 대체하기 위해 폴리실리콘(다결정 실리콘, 전기 저항을 줄이기 위해 공여체 또는 수용체를 고도로 도핑)이라고 불리는 물질이 사용되었습니다.

폴리실리콘은 화학기상증착(CVD)을 통해 쉽게 증착할 수 있으며 금속이 증착되지 않은 경우 900-1000°C를 초과하는 초고온 제조 공정에도 내성이 있습니다.특히 금속(가장 일반적으로 알루미늄 - 타입 III(P형) 도판트)은 이러한 열 어닐링 [citation needed]단계에서 실리콘으로 분산되는 경향이 있습니다.특히, 실리콘 웨이퍼에<111>, 결정 방위, 알루미늄(확장된 고온 처리 과정에서)의 기본적인 실리콘으로 과도한 alloying은 알루미늄에 확산-FET소스 또는 유출 지역과 내부 고스트 라이더에 금속 접합을 가로질러 사이에 단락을 만들 수도 있었다.bstrate – 복구할 수 없는 회로 고장을 일으킵니다.이 쇼트는 실리콘-알루미늄 합금의 피라미드 모양의 스파이크로 실리콘 웨이퍼를 수직으로 "아래로" 가리키면서 만들어집니다.실리콘의 알루미늄 어닐링에 대한 실제 고온 한계는 약 450°C입니다.또한 폴리실리콘은 자체 정렬 게이트의 손쉬운 제조에도 매력적입니다.소스 및 드레인 도판트 불순물의 주입 또는 확산은 게이트를 설치한 상태에서 수행되며, 추가적인 석판 인쇄 단계 없이 게이트에 완벽하게 정렬된 채널로 이어지며 층의 정렬 불량 가능성이 있습니다.

NMOS 및 CMOS

상세정보 : NMOS 로직 및 CMOS

NMOS 및 CMOS 기술에서, 시간이 지남에 따라 그리고 상승된 온도에서, 게이트 구조에 의해 사용되는 정극성 나트륨 불순물은 게이트 유전체를 통해 확산되어 정극성 나트륨 c가 낮은 채널 표면으로 이동할 수 있습니다.Harge는 채널 생성에 더 큰 영향을 미치기 때문에 N채널 트랜지스터의 임계값 전압이 낮아지고 시간이 지남에 따라 장애가 발생할 수 있습니다.초기 PMOS 기술은 양극으로 충전된 나트륨이 음으로 충전된 게이트로 자연스럽게 유입되어 임계값 전압 변화를 최소화했기 때문에 이 효과에 민감하지 않았습니다.N채널, 금속 게이트 공정(1970년대)은 매우 높은 청결 기준(나트륨 부재)을 부과했습니다. 이 기간 동안 달성하기가 어려웠기 때문에 제조 비용이 높아졌습니다.폴리실리콘 게이트는 동일한 현상에 민감하지만 이후 고온 처리(일반적으로 "게터링"이라고 함) 중에 소량의 HCl 가스에 노출되어 나트륨과 반응하여 NaCl을 형성하고 가스 스트림에서 NaCl을 운반함으로써 본질적으로 나트륨이 없는 게이트 구조를 크게 개선합니다.적용 가능성

그러나 실제 수준에서 도핑된 폴리실리콘은 금속의 전기 저항이 거의 0에 가깝지 않기 때문에 트랜지스터의 게이트 캐패시턴스를 충전 및 방전하는 데 이상적이지 않으므로 회로 속도가 느려질 수 있습니다.

현대 공정은 금속으로 회귀합니다.

45 nm 노드 이후, 메탈 게이트 테크놀로지는, 인텔의 개발로 개척된 고유전(고유전율) 소재의 사용과 함께 다시 등장합니다.

금속 게이트 전극의 후보는 NMOS, Ta, TaN, Nb(단일 금속 게이트) 및 PMOS WN/RuO2(일반적으로 PMOS 금속 게이트는 두 층의 금속으로 구성됩니다)입니다.이 솔루션 덕분에 (금속 게이트에 의해) 채널의 변형 용량을 개선할 수 있습니다.더욱이, 이것은 게이트에서 (금속 내부의 전자 배치로 인해) 더 적은 전류 섭동(진동)을 가능하게 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. Computer History Museum. Retrieved 25 September 2019.
  2. ^ Voinigescu, Sorin (2013). High-Frequency Integrated Circuits. Cambridge University Press. p. 164. ISBN 9780521873024.