□ 연구개요 이 연구는 FinFET을 대체하기 위해 개발 중인 Nanosheet FET의 방사선에 의한 열화 연구 진행함. 나아가 방사선에 의한 Nanosheet FET SRAM 회로 성능 저하에 대한 현상을 관찰함. Device의 aggressive scaling down으로 소자 내 채널 부피가 defect cluster의 부피와 유사할 만큼 감소하면서 cosmic rays에 의한 방사선 효과는 우주 환경뿐만 아니라 지상 환경에서도 무시할 수 없음. 전산모사 (TCAD simulation)를 통해 변위결함에 의한 로직 반도체의 DC 특성 열화를 연구하고, 소자내 영구적인 손상을 최소화할 수 있는 최적의 내방사선 소자 구조를 개발함. □ 연구 목표대비 연구결과 1차 연도에서, carrier의 양자 현상을 근사적으로 고려한 Modified Local Density Approximation (MLDA) 모델로 nanosheet FET에서 displacement defect에 의한 DC 특성 열화에 관해 연구를 진행함. 2차 연도에서는 정확한 carrier의 양자 물리 현상을 고려하기 위해 silicon sub-band structure 및 3D schrodinger equation에 대한 이론을 정확히 반영할 수 있는 Tool (Synopsys QTX)을 도입하여 Nanosheet FET에서의 displacement defect issue에 대해 연구를 진행함. 3차 연도 목표인, Nanosheet FET 소자에 대한 연구 결과를 기반으로, 회로 레벨 (SRAM)에서의 displacement defect에 의한 operation static noise margin 열화 연구를 진행함. 내방사선 SRAM 회로 구현을 위해 3nm node Nanosheet FET 6T SRAM에 우주방사선에 의해 발생한 displacement defect이 미치는 영향을 종합적으로 연구함. 방사선의 변동성을 고려하여 종합적으로 연구함. TCAD 시뮬레이션을 사용하여 다양한 device parameter 및 defect cluster condition을 split 함. Read static noise margin (RSNM) 감소율은 displacement defect cluster의 단면적이 직사각형인 경우 및 pull-down1(PD1) 트랜지스터에 있을 때 19 %로 가장 높음. 시트의 모양이 NS와 NW인 경우를 비교했을 때 NS에서 2.3 % 더 낮은 RSNM 열화를 보임. 최악의 조건(직사각형 단면적 displacement defect cluster, 손상된 PD1 트랜지스터, NW structure)에서 S/D 언더랩 구조가 S/D 오버랩 구조보다 3.7% 낮은 RSNM 열화를 보임. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이전까지 국내외에서 Nanosheet FET 6T SRAM의 방사선에 의한 변위결함의 영향은 연구된 바가 없음. 본 연구 결과를 통해 반도체의 지속적인 공정 미세화로 인해 컴퓨터, 자동차, 스마트폰, 인공위성뿐만 아니라 양자컴퓨터, 데이터 센터 등 다양한 산업에서 널리 사용될 차세대 Logic 반도체의 신뢰성을 높일 수 있음. 내방사선 Nanosheet FET 6T SRAM 소자 구조 개발 연구를 통해 고신뢰성이 요구되는 우주·항공 분야의 통신위성, 원격탐사 위성, 항법위성, 위성 탑재 컴퓨터에 유용할 것으로기대됨. 본 연구는 민간 주도의 상용화 시대에 발맞춰 저비용의 내방사선 IC를 가능하게 함. 반도체의 고성능화 및 고집적에 따른 신뢰성 시장의 수요가 확대됨에 따라 파운드리, 팹리스, 반도체 장비 제조사 등 글로벌 고객 유치가 가능함. 제품 신뢰성의 공신력을 확보하기 위해 외국의 제3기관에 의존하고 있는 실정에서 벗어나 시간 및 비용을 절약할 수 있음. 방사선에 취약한 반도체 회로 위치를 물리적 해석을 통해 분석할 수 있는 반도체 미래 인재 육성이 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
- 연구책임자 : 김정식
- 주관연구기관 : 경상국립대학교
- 발행년도 : 20230200
- Keyword : 1. 나노시트 SRAM;변위결함;방사선;고신뢰성;전산모사; 2. Nanosheet SRAM;displacement defect;radiation;high reliability;TCAD simulation;
