[반도체 면접 준비] doping할 때 diffusion(확산)으로 인한 문제점 해결 방안중 하나 MOSFET에서 sidewall(spacer)의 역할은?

안녕하세요 Jista입니다.

오늘은 MOSFET에서 sidewall의 역할에 대해 알아보려고 합니다.

 

sidewall은 spacer라고 부르기도 합니다. 

분홍색으로 표시되어있는 spacer는 기존 MOSFET 구조에서는 없었는데 왜 넣었을까요?

바로 dopant를 Si substrate에 주입하는 과정에서 발생하는 diffusion때문인데요.

diffusion은 고농도에서 저농도로 물질이 이동하는 현상을 일컫습니다.  그래서 원하는 부위에만 doping을 하려고 dopant를 주입하는데 Gate dielectric 아래로도 확산을 하는 문제가 있었어요.

gate 아래를 channel이라 부르는데 source와 drain의 영역 증가로 인한 short channel effect가 발생하면 MOSFET을 원하는데로 다룰 수가 없었거든요. 한마디로 예측 불가능한 디바이스가 되는 것입니다.

 

지금 문제점은 Gate 아래 channel쪽으로 dopant가 diffusion한다는 점입니다.

해결법은 Gate아래로 dopant가 diffusion하지 못하도록 하는 것이죠. 완벽히 막는 방법은 없기 때문에 차라리 멀리서 doping을 하자는 생각이 들었습니다. diffusion의 시작점을 gate, channel로부터 멀게 하면 channel로의 침범이 줄어들겠죠!

 

그래서 생긴 것이 spacer = sidewall 입니다.

dopant는 위에서 아래로 주입하게 되는데 side wall이 있으면 gate로부터 멀리 있는 쪽부터 doping이 시작됩니다.

Si substrate에 도핑된 dopant들은 사방으로 확산을 하기 시작하지만 side wall이 없을 때보다 gate dielectric layer로부터 멀기 때문에 channel 이 길어집니다.

 

이것이 short channel effect를 극복하는 방법중 하나입니다.

또한 spacer가 있어서 source로부터 gate, gate로부터 drain의 전류 간섭이 줄어듭니다.

중간에 Si3N4로 이루어진 spacer가 절연층 역할도 하기 때문이죠.

그리고 gate metal과 oxide층이 외부로부터 오염되는 것도 막아주는 역할을 합니다.

 

이상으로 MOSFET에서 short channel effect를 극복할 방법 중 하나인 side wall에 대해 알아보았습니다.

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