【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】垂直納米環(huán)柵晶體管因其在減小標(biāo)準(zhǔn)單元面積、提升性能和改善寄生效應(yīng)等方面具有優(yōu)勢，可滿足功耗、性能、面積和成本等設(shè)計要求，已成為2nm及以下技術(shù)節(jié)點芯片的重點研發(fā)方向。
中國科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心研究員朱慧瓏團隊研發(fā)出p型具有自對準(zhǔn)柵極的疊層垂直納米環(huán)柵晶體管(IEEE Electron Device Letters，DOI: 10.1109/LED.2019.2954537，2019)，并剖析n型器件。與p型器件制備工藝不同，n型器件在外延原位摻雜時，溝道和源漏界面處存在嚴(yán)重的雜質(zhì)分凝與自摻雜問題。為此，團隊開發(fā)出適用于垂直器件的替代柵工藝，利用假柵做掩模通過離子注入實現(xiàn)源漏的摻雜，既解決了上述外延原位摻雜難題，又突破了原位摻雜的固溶度極限，更利于對晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和不同類型晶體管之間的集成。
為獲得可精確控制溝道和柵極尺寸的垂直環(huán)柵器件，選擇性和各向同性的原子層刻蝕方法是關(guān)鍵工藝？蒲袌F隊對該方法開展了深入分析和研究，提出了相應(yīng)的氧化—刻蝕模型，應(yīng)用于實驗設(shè)計，改進和優(yōu)化了橫向刻蝕工藝；用該刻蝕工藝與假柵工藝結(jié)合，制備出具有自對準(zhǔn)柵的n型疊層垂直納米環(huán)柵晶體管，器件柵長為48納米，具有優(yōu)異的短溝道控制能力和較高的電流開關(guān)比(Ion/Ioff)，納米線器件的亞閾值擺幅(SS)、漏致勢壘降低(DIBL)和開關(guān)比為67 mV/dec、14 mV和3×105；納米片器件的SS、DIBL和開關(guān)比為68 mV/dec、38 mV和1.3×106。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters(DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01033)、ACS Applied Materials & Interfaces(DOI: 10.1021/acsami.0c14018)上。研究得到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(先導(dǎo)預(yù)研項目“3-1納米集成電路新器件與先導(dǎo)工藝”)、中科院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學(xué)基金等的資助。
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