스트레인공학

스트레인엔지니어링은 반도체 제조에 채택된 일반적인 전략을 말하며, 소자 성능을 향상시킨다.성능 편익은 트랜지스터 채널의 변형률에 의해 달성되며, 이는 전자 이동성(또는 홀 이동성)을 향상시켜 채널을 통한 전도성을 향상시킨다.

CMOS 제조의 변형공학

다양한 변형률 엔지니어링 기법의 사용은 주로 130nm 미만의 기술과 관련하여 AMD, IBM 및 Intel을 포함한 많은 저명한 마이크로프로세서 제조업체에 의해 보고되었다.CMOS 기술에서 변형률 공학을 사용할 때 고려해야 할 한 가지 중요한 사항은 PMOS와 NMOS가 변형률 유형에 따라 다르게 반응한다는 것이다.구체적으로 PMOS 성능은 채널에 압축 스트레인을 적용하여 가장 잘 공급되는 반면 NMOS는 인장 스트레인의 혜택을 받는다.^[1]변형률 공학에 대한 많은 접근방식은 국부적으로 변형률을 유도하여 n채널 변형률과 p채널 변형률 모두를 독립적으로 조절할 수 있게 한다.

한 가지 두드러진 접근법은 긴장을 유발하는 캡 씌우기 층의 사용을 포함한다.CVD 실리콘 질화물은 특히 온도를 조절하여 변형률의 크기와 유형(예: 인장 대 압축)을 조정할 수 있다는 점에서 경색된 캡핑 레이어에 대한 일반적인 선택이다.^[2]예를 들어, 표준 석판 인쇄 기술을 사용하여 변형 유발 캡팅 레이어를 선택적으로 침전시키고, 압축 필름을 PMOS 위에만 침전시킬 수 있다.

캡핑 레이어는 IBM-AMD가 보고한 듀얼 스트레스 라이너(DSL) 접근방식의 핵심으로, DSL 공정에서는 NMOS 위에 인장 실리콘 질화필름을, PMOS 위에 압축 실리콘 질화필름을 선택적으로 넣는 표준 패터닝과 리토그래피 기법을 사용한다.^{[citation needed]}

두 번째 두드러진 접근법은 채널 변형을 조절하기 위해 실리콘이 풍부한 고체 용액, 특히 실리콘-게르마늄을 사용하는 것이다.한 가지 제조 방법은 실리콘-게르마늄 언더레이어 위에 실리콘이 상피적으로 성장하는 것이다.실리콘 층의 격자가 실리콘-게르마늄의 더 큰 격자 상수를 모방하기 위해 늘어나면서 실리콘에 인장 변형률이 유도된다.반대로 실리콘-탄소와 같이 격자 상수가 작은 고체 용액을 사용하여 압축 변형률을 유도할 수 있다.예: 미국 특허 번호 7,023,018을 참조하십시오.또 다른 밀접하게 관련된 방법은 MOSFET의 선원과 배수 영역을 실리콘-게르마늄으로 교체하는 것이다.^[3]

박막의 변형공학

박막의 상피 스트레인은 일반적으로 필름과 기질이 격자간 불일치로 발생하며, 필름 성장 중에 발생하거나 열팽창 불일치로 인해 발생할 수 있다.이 상피 변형을 조정하면 박막의 성질을 완화시키고 위상 전환을 유도하는 데 사용할 수 있다.미스핏 파라미터(${\displaystyle }$ ${\displaystyle f}$)는 아래 방정식으로 주어진다.^[4]

${\displaystyle f=(a_{s}-a_{e}/a_{e})$

여기서 ${\displaystyle e_{}}$ ${\$는 상피막의 격자 매개변수이고 ${\displaystyle s_{}}$ ${\$는 $기질$의 격자 매개변수다.필름 두께가 어느 정도 비판적이었던 후, 미스핏 탈구 또는 마이크로트윈의 형성을 통해 일부 불일치 긴장을 완화시키는 것이 정력적으로 유리해진다.미스핏 탈구는 격자 상수가 다른 층들 사이의 인터페이스에서 매달린 결합으로 해석될 수 있다.이 임계 두께(${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle c_{}}$ ${\$ )는 Mathews와 Blakeslee에 의해 다음과 같이 계산되었다.

${\displaystyle h_{c}={\frac {b(2-\nu cos^{2}\b)\filename )[ln(h_{c}/b)+1]}{8\pi f(1+\nu )cos\cosa }}}}}}}}}$

여기서 $b{\displaystyle }$ ${\$$displaystyle b}$은(는) 버거 벡터의 길이, $\nu {\displaystyle }$ ${\displaystyle \nu}$은(는) 포아송 비율, $\alpha {\displaystyle }$ ${\$$displaystyle \alpha$$}$은(는$)$ 버거 벡터와 탈구의 g에 대한 벡터 정규 사이의 각도다$$.비행기를 타다$h{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle }$ ${\$ h_{$c}}$를 초과하는 두께(h ${\displaystyle h}$)의 얇은 막에 대한 평형 내 스트레인은 다음 표현으로 주어진다$$.

${\displaystyle \epsilon _{}={\frac {f}{f}{f}}}{p}{b(1-\nu cos^{2}(\fl)[ln(h/b)+1]}{8\pi f(1+\nu )cos\poda }}}}}}}}}}}}$

박막 인터페이스에서 잘못된 탈구 핵 및 곱셈을 통한 변형 이완은 이완율에 따라 구별할 수 있는 3단계로 이루어진다.1단계는 기존 탈구의 활공( gl空)이 주를 이루며 완쾌속도가 느린 것이 특징이다.두 번째 단계는 물질의 탈구 핵의 메커니즘에 따라 이완 속도가 더 빠르다.마지막으로, 마지막 단계는 스트레인 경화로 인한 스트레인 이완의 포화 상태를 나타낸다.^[5]

변형 공학은 상피성 변형이 스핀, 전하 및 궤도 자유도 사이의 결합에 강하게 영향을 미치고, 따라서 전기적 및 자기적 특성에 영향을 미칠 수 있는 복잡한 산화 시스템에서 잘 연구되어 왔다.Epitaxial은 긴장과 그antiferromagnetic-to-ferromagnetic 전환에 대해 라 1−의 퀴리 온도 천이 metal-insulator 전환을 유도하는 것으로 나타났다)보)MnO 3{\displaystyle{\ce{La_{1-x}Sr_{)}MnO_{3}}}}.[6]에서 합금 얇은 막들, 적층 섞여 있고 행해지는 영향을 미치는 스피노달 instabil.그것y. 따라서 위상 분리의 추진력에 영향을 미친다.이는 부과된 상피 변형률과 시스템의 구성 의존성 탄성 특성 사이의 결합으로 설명된다.^[7]연구원들은 최근 필름 매트릭스에 나노와이어/나노필러를 결합함으로써 두꺼운 산화막에서 매우 큰 무리를 이루었다.^[8]또한 WSe
₂ 변형률과 같은 2차원 소재에서는 간접 반도체에서 직접 반도체로의 전환을 유도하여 광 방출률을 100배 증가시키는 것으로 나타났다.^[9]

참고 항목

• 변형 실리콘

참조