High-voltage FinFET device with a high-k dielectric field plate

Abstract

고전압 트랜지스터는 입/출력 인터페이스 칩, 전원 관리 모듈, 방전 보호 회로와 같은 다양한 응용 분야에서 SoC 기술의 필수 구성 요소이다 [1]. 고전압 드레인 확장 핀펫 (High-voltage DeFinFET)은 높은 게이트 제어 및 단 채널 내성으로 인해 SoC구현을 위한 대안으로서 많은 주목을 받고 있다. 하지만 DeFinFET은 좁은 핀 형 드레인 확장으로 인한 항복 전압(VBD)과 온-상태 저항(Ron)과의 심각한 트레이드오프 문제 때문에 고전압 트랜지스터의 구현에는 한계점을 가지고 있다. 본 논문에서는 VBD와 Ron의 심각한 트레이드오프를 완화하기위해 고 유전체 (HfO¬2) 필드 플레이트를 적용한 DeFinFET (HfO2-DeFinFET)을 제안하였다. 본 구조는 3-D Sentaurus를 활용하여 시뮬레이션 되었으며, 인텔의 10-나노급 기술 노드를 고려하여 설계되었다. 성능 지수는 기존 DeFinFET 및 SiO2-DeFinFET와 비교·분석하였다. 추가적으로, 제안 구조의 여러 설계 변수들의 조정을 통해 VBD2/Ron_sp최적화를 진행한 후, 최적화된 구조의 전기적 특성을 전류 점멸비 (Ion/Ioff)와 Subthreshod Swing (SS)로 평가하였다. HfO2-DeFinFET은 기존 드레인 확장 핀펫 대비 506% 증가된 11.46 W/m2의 높은 성능 지수를 보였으며, 82% 감소한 6.54×10-10 A/m의 Ioff 및 65.54 mV/dec의 낮은 SS와 같은 우수한 전기적 특성을 나타내었다. 이 결과들을 통해, 제안된 HfO2-DeFinFET은 SoC 구현을 위한 고전압 드레인 확장 핀펫의 실현을 위한 해결책으로 활용될 수 있음을 확인하였다.