산화물 반도체 적층의 불확실성을 제거하는 방법

Sep 19, 2023

일본 도쿄 – 3D 집적 회로는 소비자의 상당한 요구를 충족시키기 위해 전자 제품의 효율성을 향상시키는 핵심 부분입니다. 지속적으로 개발되고 있지만 이론적 결과를 실제 장치로 변환하는 것은 쉽지 않습니다. 이제 일본 연구팀의 새로운 디자인이 이러한 이론을 현실로 바꿀 수 있습니다.

최근 VLSI 심포지엄 2023에 발표된 연구에서 도쿄대학교 산업과학연구소 연구원들은 나노시트 산화물 반도체의 증착 공정을 보고했습니다. 이 공정을 통해 탄생한 산화물 반도체는 트랜지스터에서 높은 캐리어 이동도와 신뢰성을 갖는다.

3D 집적 회로는 전체 기능에서 각각의 역할을 수행하는 여러 레이어로 구성됩니다. 산화물 반도체는 낮은 온도에서 공정이 가능하면서도 높은 캐리어 이동도와 낮은 전하 누설을 갖고, 고전압에도 견딜 수 있어 다양한 회로 부품 소재로 많은 주목을 받고 있다.

통합 공정 중에 전극이 산소에 노출되어 산화될 수 있는 공정에서 금속 대신 산화물을 사용하면 이점도 있습니다.

그러나 장치 제조에서 매우 얇은 산화물 반도체 재료 층을 안정적으로 증착하는 데 필요한 프로세스를 개발하는 것은 어려운 일이며 현재까지 완전히 확립되지 않았습니다. 최근 연구진은 대규모 집적화에 적합한 층을 생성하는 원자층증착(ALD) 기술을 보고했다.

"우리는 우리의 프로세스를 사용하여 전계 효과 트랜지스터(FET)에 대한 체계적인 연구를 수행하여 한계를 확립하고 특성을 최적화했습니다."라고 이번 연구의 주요 저자인 Kaito Hikake는 설명합니다. FET는 반도체의 전류 흐름을 제어합니다. "우리는 구성 요소의 비율을 조정하고 준비 조건을 조정했으며, 우리의 연구 결과는 정상 작동 및 높은 신뢰성을 위한 다중 게이트 나노시트 FET의 개발로 이어졌습니다."

연구 결과에 따르면 ALD를 통해 선택된 산화물 반도체로 만든 FET가 최고의 성능을 발휘하는 것으로 나타났습니다. 멀티 게이트 나노시트 FET는 높은 캐리어 이동도와 신뢰성 특성을 정상 꺼짐 동작과 결합한 최초의 것으로 여겨집니다.

"전자제품과 같이 빠르게 변화하는 분야에서는 개념 증명 결과를 산업 관련 프로세스로 변환하는 것이 중요합니다."라고 수석 저자인 Masaharu Kobayashi는 말합니다. "우리는 우리의 연구가 고기능의 제조 가능한 3D 집적 회로에 대한 시장의 요구를 충족하는 장치를 생산하는 데 사용할 수 있는 강력한 기술을 제공한다고 믿습니다."

이번 연구 결과는 반도체를 이용한 전자 장치 제조에 있어 가장 큰 장애물 중 하나에 대한 해결책을 제시했습니다. 이를 통해 더 많은 기능성을 갖춘 전자제품 디자인이 실제 제품에 구현될 수 있기를 바랍니다.