초록 ▼

□ 연구개요
4차 산업혁명의 초연결기술 (클라우드 컴퓨팅, 유비쿼터스 모바일 인터넷, 사물 인터넷 등)과 초지능 기술 (인공지능, 빅데이터 컴퓨팅 등)의 등장은 정보 처리량의 폭발적인 증가를 불러왔으며 이러한 정보량의 급증으로 시스템 반도체의 구동전류 증가를 통한 연산 속도의 개선이 필요함. 또한 전력 소모 감소를 위해 누설 전류 감소가 동반 되어야함. 실리콘 기반의 metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET) 소자는 무어의 법칙에 따라 130 nm 기술까지 물리적인

□ 연구개요
4차 산업혁명의 초연결기술 (클라우드 컴퓨팅, 유비쿼터스 모바일 인터넷, 사물 인터넷 등)과 초지능 기술 (인공지능, 빅데이터 컴퓨팅 등)의 등장은 정보 처리량의 폭발적인 증가를 불러왔으며 이러한 정보량의 급증으로 시스템 반도체의 구동전류 증가를 통한 연산 속도의 개선이 필요함. 또한 전력 소모 감소를 위해 누설 전류 감소가 동반 되어야함. 실리콘 기반의 metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET) 소자는 무어의 법칙에 따라 130 nm 기술까지 물리적인 스케일링이 계속되어 왔으나 스케일링에 따른 여러 가지 문제들로 인해 단순한 물리적 스케일링에 따른 성능 향상은 더 이상 기대할 수 없을 것으로 예상되었고, 따라서 구동 전류를 증가시키고 누설 전류를 감소시킬 수 있는 새로운 기술이 필요하게 되었음.

□ 연구 목표대비 연구결과
１．상온 60 mV/dec 이하의 문턱 전압 이하 기울기 (SS) ->　제작된 nanosheet GAA NCFET의 ID-VG 특성에서 3-order average SS 약 60 mV/dec 달성.
２．3 nm 이하 물리적 두께를 가지는 HfO₂ 기반 강유전체 물질　->　3 nm 두께의 HfZrO2 강/반 강유전체 혼합성 물질개발.
3. 1 nm 이하 유효 산화막 두께 (EOT)를 가지는 HZO/SiO₂ 게이트 스택 -> 제작된 MFIS 커패시터로부터 1나노 이하 EOT를 가지는 HZO/SiO₂ 게이트 스택 개발.
4. 20 nm 이하의 nanosheet 두께 -> 15 nm 두께의 nanosheet 확보.
5. 50 nm 이하의 채널 길이 -> 150 nm 수준의 채널 길이 확보.
6. 3층 적층　GAA　nanosheet NCFET -> 2층 GAA　nanosheet NCFET 제작.
7. DC/AC 전기적 특성 및 신뢰성 평가, 모델링 파라미터 추출 -> DC/AC 전기적 특성 및 신뢰성 평가 완료, 컴팩 모델을 위한 분극 및 소자 파리미티 추출 완료.
8. compact 모델링, 회로 레벨 성능 예측 -> L-K 분극 스위칭 모델을 BSIM CMG에 삽입하여 NCFET 컴팩 모델 확보, 101-stage 링 오실레이터 회로 성능 확보.
9. 전기적 스트레스에 의한 열화 현상 분석 및 모델링 -> PBTI, NBTI에 의한 NCFET 열화 현상 측정 및 모델링 완료.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구의 채널 적층 GAA NCFET가 차세대 로직 소자로 도입될 경우 시스템 반도체 소자의 스케일링에 따라 발생하는 short channel effect에 의한 누설 전류 증가를 현저히 감소시키며 GAA 소자의 소형화로 인해 채널의 두께가 지속적으로 줄어들면서 발생하는 동작 전류 감소를 비약적으로 개선할 수 있음. 또한 3 nm 이하 물리적 두께, 1 nm 이하 유효 산화막 두께를 가지는 CMOS 공정과 완벽히 호환되는 SiO₂/HfO₂ 기반 반/강유전체 혼합상 게이트 스택을 게이트 절연막으로 사용 함으로써 실제 차세대 시스템 반도체 소자에 즉시 적용 가능하며 제품화, 상용화 단계에 다가설 수 있는 초석이 될 것으로 예상됨. MOSFET의 태생적 한계를 극복하여 차세대 로직 소자로 각광받고 있는 NCFET을 활용함으로써 컴퓨팅 전력 소모를 줄일 수 있을 것으로 기대됨. 또한 현재 학계 및 소수의 산업계를 통해 연구되고 있는 NCFET 및 이를 활용한 시스템에 대한 심층적 연구/개발을 통해 3nm 노드 기술 이후 차세대 로직 소자 기술을 선점할 수 있을 것임. 이를 통해 4차산업의 핵심 성장 동력 중 하나인 인공지능 기술 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 29