进军2nm工艺中科院研发世界首个自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管 - Military版

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Military版 - 进军2nm工艺中科院研发世界首个自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管

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f***y
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https://news.mydrivers.com/1/661/661427.htm
目前全球最先进的半导体工艺已经进入7nm，下一步还要进入5nm、3nm节点，制造难度
越来越大，其中晶体管结构的限制至关重要，未来的工艺需要新型晶体管。来自中科院
的消息称，中国科学家研发了一种新型垂直纳米环栅晶体管，它被视为2nm及以下工艺
的主要技术候选，意义重大。
从Intel首发22nm FinFET工艺之后，全球主要的半导体厂商在22/16/14nm节点开始启用
FinFET鳍式晶体管，一直用到现在的7nm，未来5nm、4nm等节点也会使用FinFET晶体管
，但3nm及之后的节点就要变了，三星在去年率先宣布3nm节点改用GAA环绕栅极晶体管。
根据官方所说，基于全新的GAA晶体管结构，三星通过使用纳米片设备制造出了MBCFET
（Multi-Bridge-Channel FET，多桥-通道场效应管），该技术可以显著增强晶体管性
能，主要取代FinFET晶体管技术。
此外，MBCFET技术还能兼容现有的FinFET制造工艺的技术及设备，从而加速工艺开发及
生产。
前不久三星还公布了3nm工艺的具体指标，与现在的7nm工艺相比，3nm工艺可将核心面
积减少45%，功耗降低50%，性能提升35%。
从上面的信息也可以看出GAA环绕栅极晶体管的重要意义，而中科院微电子所先导中心
朱慧珑研究员及其课题组日前突破的也是这一领域，官方表示他们从2016年起针对相关
基础器件和关键工艺开展了系统研究，提出并实现了世界上首个具有自对准栅极的叠层
垂直纳米环栅晶体管（Vertical Sandwich Gate-All-Around FETs或VSAFETs），获得
多项中、美发明专利授权。
这一研究成果近日发表在国际微电子器件领域的顶级期刊《IEEE Electron Device
Letters》上（DOI: 10.1109/LED.2019.2954537）。
左上：STEM顶视图，用原子层选择性刻蚀锗硅的方法制作的直径为10纳米的纳米线（左
）和厚度为23纳米的纳米片（右）
右上：具有自对准高k金属栅的叠层垂直纳米环栅晶体管(VSAFETs)的TEM 截面图（左）
及HKMG局部放大图（右）
下： pVSAFETs器件的结构和I-V特性：器件结构示意图（左），转移特性曲线（中）和
输出特性曲线（右）
据介绍，朱慧珑课题组系统地研发了一种原子层选择性刻蚀锗硅的方法，结合多层外延
生长技术将此方法用于锗硅/硅超晶格叠层的选择性刻蚀，从而精确地控制纳米晶体管
沟道尺寸和有效栅长；首次研发出了垂直纳米环栅晶体管的自对准高k金属栅后栅工艺
；其集成工艺与主流先进CMOS制程兼容。课题组最终制造出了栅长60纳米，纳米片厚度
20纳米的p型VSAFET。原型器件的SS、DIBL和电流开关比（Ion/Ioff）分别为86mV/dec
、40mV和1.8x105。

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