| 瑞萨氧化物半导体应用于CMOS |
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| (2013-1-16 13:28:37) 1484人次浏览 |
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瑞萨利用氧化物半导体形成p型FET，为应用于CMOS开辟道路
氧化物半导体将以高精细显示器的驱动晶体管为中心实现实用化。由于氧化物半导体具备可在低温下制备、性能高且透明的特点，因此有望广泛应用。不过，氧化物半导体存在难以形成p型晶体管的课题。实际上，作为氧化物半导体的典型代表已经实用化的In-Ga-Zn-O晶体管全都是n型。因此，需要由n型晶体管和p型晶体管组成的CMOS电路在过去很难用氧化物半导体来实现。
图：通道采用p型氧化物半导体SnO的晶体管截面图。 （文章插图→浏览下载）
但是，现在出现了可改变这种状况的技术。瑞萨电子使用p型非晶氧化物半导体开发出了晶体管并确认能正常工作。这一成果将有助于实现由n型晶体管和p型晶体管组成的CMOS电路，瑞萨电子技术开发本部先行研究统括部统括部长林喜宏指出，“氧化物半导体的应用范围将显著扩大”。
瑞萨电子在2012年12月于美国举行的半导体器件及制造技术国际学会“International Electron Devices Meeting（IEDM）”上公布了技术详情［演讲序号18.8］。该论文已被以高竞争率而著称的IEDM的Late News接收。
应用于多层布线内晶体管
此次瑞萨开发的是嵌入逻辑LSI多层布线内的BEOL（back-end of line）晶体管技术。通过将LSI多层布线的一部分作为栅极电极及源漏极使用，只需追加1～2块掩模便可形成晶体管。因此，几乎不会增加芯片制造成本，便可在逻辑LSI的多层布线内嵌入驱动高电压的电源接口电路（图1）。
图1：利用非晶氧化物半导体实现CMOS电路 （文章插图→浏览下载）
瑞萨电子开发出了采用p型SnO这种非晶氧化物半导体的晶体管。与采用n型In-Ga-Zn-O的晶体组合，有可能实现CMOS电路。
由于多层布线需要在400℃以下的低温下进行，因此瑞萨开发出了将可在低温下制备的氧化物半导体作为BEOL晶体管通道材料使用的技术，并利用通道使用非晶In-Ga-Zn-O的n型晶体管开发出了逆变器电路。不过，只用n型晶体管构成电源接口时，与CMOS电路相比，采用新技术的电路结构容易变得复杂，且耗电量也会增加。
采用p型氧化物半导体SnO
此次为实现p型晶体管，瑞萨从多种非晶氧化物半导体候补中选用了SnO（氧化亚锡）（表1→浏览下载）。原因是这种材料能够在LSI多层布线工艺所要求的400℃以下的低温环境制备。
SnO采用常用成膜方法容易变成结晶质，导致很多晶界特性不均。“为在LSI用途中使用晶体管，需要能够抑制特性不均现象的非晶膜”。因此，瑞萨改善成膜条件，开发出了能够形成完全非晶态SnO膜的技术。
以前，以大学为中心也在研究p型SnO晶体管，但导通/截止比低，只有102，很难实用化。此次，瑞萨通过在栅极和漏极的重叠处设置偏移（缝隙），降低了截止时的漏电流（图2），从而使导通/截止比达到105，达到以前报告的1000倍，“足以用于电源接口”。耐压也达到40V以上。
图2：大幅降低了关断电流 （文章插图→浏览下载）
通过在栅极与漏极的重叠处设计偏移（缝隙），削减了关断电流，改善了导通/截止比。
此次的p型SnO晶体管的通态电流很小，只有n型In-Ga-Zn-O晶体管的约1/10。不过，这一问题可以通过调整电路设计解决，比如改变n型晶体管和p型晶体管的器件尺寸等。
瑞萨指出，“面向CMOS的制造技术课题已经基本解决”，下一步将着手构成CMOS的电路设计。
（来源：技术在线，图由本站根据瑞萨电子的资料制作）
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