스트레인 실리콘 기술 (Strained Silicon Technology)
쉽게 풀면
실리콘 원자들은 규칙적인 격자 구조로 배열되어 있는데, 이 격자 간격을 인위적으로 살짝 늘리거나 줄이면 전자나 정공이 그 안에서 더 쉽게 이동할 수 있게 됩니다. 이는 마치 사람들이 촘촘한 통로보다 약간 넓혀진 통로를 더 빠르게 지나갈 수 있는 것과 비슷한 원리입니다. 스트레인 실리콘 기술은 이러한 격자 변형을 의도적으로 만들어 전류가 더 잘 흐르도록 유도하는 기법입니다.
왜 중요한가
소자를 물리적으로 더 작게 만드는 대신 재료의 특성을 조절해 성능을 높일 수 있다는 점에서, 스트레인 실리콘 기술은 미세화의 한계를 보완하는 대표적인 방법으로 다뤄집니다. 추가적인 미세화 없이도 구동 전류를 향상시킬 수 있어 여러 세대의 공정에서 채택되어 왔습니다. 변형력의 크기가 지나치게 크면 오히려 결함이 발생해 이동도 개선 효과가 상쇄될 수 있어, 소스·드레인 리세스 깊이나 응력막 두께를 세밀하게 최적화해야 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
이종 물질을 이용해 채널에 스트레인을 가하는 대표적인 기법을 설명하는 예문입니다.
스트레인의 방향에 따라 전자와 정공의 이동도 개선 효과가 다르게 나타남을 보여주는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
스트레인은 인가 방향에 따라 인장 스트레인과 압축 스트레인으로 나뉘며, 일반적으로 전자에는 인장 스트레인이, 정공에는 압축 스트레인이 이동도 향상에 유리한 것으로 알려져 있습니다. 스트레인을 인가하는 방법으로는 격자 상수가 다른 물질을 소스/드레인 영역에 삽입하는 방식이나, 응력을 가진 절연막을 소자 위에 증착하는 방식 등이 활용됩니다. 실리콘보다 격자 상수가 큰 실리콘-게르마늄 층을 소스·드레인에 성장시켜 채널에 압축 응력을 가하거나, 반대로 질화막으로 인장 응력을 가하는 방식으로 채널 결정 격자를 의도적으로 변형시켜 캐리어 이동도를 높입니다.
주의할 점
스트레인 효과는 소자 구조와 채널 방향 등 여러 조건에 민감하게 영향을 받으므로, 모든 상황에서 동일한 크기의 성능 향상을 보장하지는 않는다는 점에 유의해야 합니다. PMOS는 압축 변형력이, NMOS는 인장 변형력이 이동도 개선에 유리해 두 소자에 서로 다른 종류의 응력원을 각각 적용하는 것이 일반적인 공정 전략입니다.