IBM 리서치팀, 2017 혁신상 수상 – InGaAs/SiGe CMOS 기술 개척

IBM 취리히 과학자들이 5년간 고이동도 소재를 실리콘 CMOS에 통합해 7nm 이하 소자 스케일링을 개척한 획기적 연구로 2017 화합물 반도체 산업 혁신상을 수상했습니다.

모바일폰부터 사물인터넷, 클라우드 인프라까지 전력 소비와 성능 간 지속적 긴장이 존재합니다. IBM 팀은 두 기둥을 중심으로 해결책을 제안합니다: 기술 노드 스케일링과 새롭고 고이동도 소재 채택.

수상작은 실리콘(Si) 기판 위 300mm 웨이퍼 스케일 제작으로 고량산 생산에 적합한 인듐 갈륨 비소(InGaAs)/실리콘-저마늄(SiGe) CMOS 공정 최초 시연입니다. 이 하이브리드 통합은 7nm 노드 이후 디지털 회로의 전력/성능 트레이드오프를 개선할 명확한 경로를 제공합니다.

선택적 에피택시를 활용해 팀은 디지털 CMOS 핵심 구성요소인 기능적 인버터와 고밀도 6-트랜지스터 SRAM 어레이를 실리콘 위에 직접 제작했습니다. 프로젝트 수석 과학자 루카스 초르노마즈 박사는 "이 기술은 동일 전력에서 25% 더 나은 성능, 또는 성능 유지하며 모바일 기기 배터리 수명 2배 연장을 기대합니다."라고 설명했습니다.

@LCzornomaz가 @CS_Conference에서 CMOS 이후 하이브리드 III-V/SiGe 기술 발표 https://t.co/iUiqSDPqJr pic.twitter.com/G2e0fOTDid

— IBM Research (@IBMResearch) 2016년 2월 25일

최근 VLSI 기술 컨퍼런스에서 공개된 이 최초 성과는 지난 4년간 IEDM과 VLSI 심포지엄 회의에서 발표된 일련의 핵심 시연에 이은 것입니다. 고품질 InGaAs 결정 동시 성장, 절연체 위 고성능 InGaAs 전계효과 트랜지스터 제작, 단일 실리콘 웨이퍼 위 SiGe 소자와의 통합이라는 핵심 과제가 극복되었습니다.

이전 접근법과 달리 IBM 솔루션은 관련 치수에서 디지털 회로 기본 빌딩 블록을 제공하며 제조 가능한 하이브리드 InGaAs/SiGe CMOS 기술로의 주요 이정표를 표시합니다. 이 방법은 세 가지 핵심 혁신에 의존합니다: 고품질 InGaAs-on-Insulator 영역 선택적 성장, 물리적 게이트 길이(L_g) 35nm와 강한 소자 성능의 InGaAs 핀펫 제작, 약 0.4µm² 면적의 기능적 6-트랜지스터 SRAM 셀 가공.

디지털 로직을 넘어 이 기술은 III-V 소재와 실리콘 CMOS를 결합한 저비용 RF 및 포토닉 회로 길을 열어 차세대 사물인터넷 장치에 매력적입니다.

"아직 할 일이 많지만 우리 설계가 작동하고 제조 가능함을 입증했습니다."라고 초르노마즈 박사는 말했습니다.

앞으로 팀은 양산을 위한 기술 개선과 실리콘 CMOS와 함께 통합 RF 통신 및 포토닉 장치 응용 탐구를 계속할 것입니다.

이 연구는 유럽연합 보조금 협정 No. 619325(FP7-ICT-COMPOSE3), No. 619326(FP7-ICT-III-V-MOS), No. 628523(FP7-IEF-FACIT) 하에 자금 지원되었습니다.