歪みシリコンは、シリコン原子が通常の原子間距離を超えて引き伸ばされたシリコン層です。 [1]これは、シリコン層をシリコンゲルマニウム（Si Ge ）基板上に配置することで実現できます。シリコン層の原子が、その下のシリコンゲルマニウム層の原子（バルクシリコン結晶の原子に対して少し離れて配置されている）と整列すると、シリコン原子間の結合が引き伸ばされ、歪みシリコンになります。これらのシリコン原子をさらに離すと、トランジスタを通る電子の動きを妨げる原子間力が減少し、移動度が向上し、チップのパフォーマンスが向上し、エネルギー消費が削減されます。これらの電子は70％高速に移動できるため、歪みシリコントランジスタのスイッチングは35％高速になります。
最近の進歩としては、シリコン源（シランおよびジクロロシラン）やゲルマニウム源（ゲルマン、四塩化ゲルマニウム、イソブチルゲルマン）などの有機金属を出発原料として、有機金属気相成長法（MOVPE）を使用して歪んだシリコンを堆積することが挙げられます。
より最近の歪みを誘発する方法としては、ソースとドレインにゲルマニウムや炭素などの格子不整合原子をドーピングする方法がある。[2] PチャネルMOSFETのソースとドレインに最大20％のゲルマニウムをドーピングすると、チャネルに一軸圧縮歪みが生じ、正孔移動度が向上する。NチャネルMOSFETのソースとドレインにわずか0.25％の炭素ドーピングを行うと、チャネルに一軸引張歪みが生じ、電子移動度が向上する。NMOSトランジスタを高応力のシリコン窒化物層で覆うことも、一軸引張歪みを生成する別の方法である。MOSFETの製造前にチャネル層に歪みを誘発するウェーハレベルの方法とは対照的に、前述の方法では、MOSFETの製造自体中に誘発される歪みを使用して、トランジスタチャネルのキャリア移動度を変える。
歴史
電界効果トランジスタの改良を目的としてシリコンにゲルマニウムを歪ませるというアイデアは、少なくとも1991年まで遡るようです。[3]
2000年にMITの報告書はSiGeヘテロ構造ベースのPMOSデバイスにおけるホール移動度の理論的および実験的調査を行った。[4]
2003年にはIBMがこの技術の主要な推進者の1社であると報告された。[5]
2002年、インテルは2000年初頭に90nm x86 Pentiumマイクロプロセッサシリーズに歪みシリコン技術を採用した。[要説明] [5] 2005年、インテルは歪みシリコン技術に関する特許侵害の疑いでアンバーウェーブ社から訴えられた。[要出典]
参照
参考文献
- ^ Sun, Y.; Thompson, SE; Nishida, T. (2007). 「半導体および金属–酸化物–半導体電界効果トランジスタにおけるひずみ効果の物理学」. Journal of Applied Physics . 101 (10): 104503–104503–22. Bibcode :2007JAP...101j4503S. doi :10.1063/1.2730561. ISSN 0021-8979.
- ^ Bedell, SW; Khakifirooz, A.; Sadana, DK (2014). 「CMOSのひずみスケーリング」. MRS Bulletin . 39 (2): 131– 137. Bibcode :2014MRSBu..39..131B. doi :10.1557/mrs.2014.5. ISSN 0883-7694.
- ^ Vogelsang, T.; Hofmann, KR (1992年11月). 「シリコン-ゲルマニウム基板上の歪みシリコンにおける電子移動度と高電界ドリフト速度」. IEEE Transactions on Electron Devices . 39 (11): 2641– 2642. Bibcode :1992ITED...39.2641V. doi :10.1109/16.163490.
- ^ E. Tanasa, Corina (2002年9月). SiGeヘテロ構造PMOSデバイスにおける正孔移動度と有効質量（レポート）. マサチューセッツ工科大学.
- ^ ab Lammers, David (2002-08-13). 「Intel、90ナノメートルプロセスに歪みシリコンを採用」EDN . 2022年7月9日閲覧。
さらに読む
- SiGe エピタキシー用の新しいゲルマニウム前駆物質の開発。2006 年 10 月 29 日、メキシコ、カンクンで開催された第 210 回 ECS 会議 (SiGe シンポジウム) での発表。
- Shenai, Deo V.; Dicarlo, Ronald L.; Power, Michael B.; Amamchyan, Artashes; Goyette, Randall J.; Woelk, Egbert (2007). 「MOVPE法による緩和傾斜SiGe層および歪みシリコン成長のための、より安全な代替液体ゲルマニウム前駆体」Journal of Crystal Growth . 298 : 172– 175. Bibcode :2007JCrGr.298..172S. doi :10.1016/j.jcrysgro.2006.10.194.