【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在先進(jìn)集成電路制造工藝中，納米環(huán)柵器件(GAA)正在取代FinFET成為集成電路中的核心器件。垂直納米環(huán)柵器件由于在減小標(biāo)準(zhǔn)單元面積、緩解柵極長(zhǎng)度限制、提高集成密度和改善寄生電容/電阻等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為先進(jìn)邏輯和DRAM技術(shù)方面的重要研究方向。
2016年，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心朱慧瓏研究團(tuán)隊(duì)，首次提出自對(duì)準(zhǔn)金屬柵的垂直環(huán)柵納米晶體管并開(kāi)展了系統(tǒng)研究，在器件結(jié)構(gòu)、工藝、集成技術(shù)與應(yīng)用等方面獲得了一系列進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)陸續(xù)研發(fā)的VSAFET、VCNFET、Fe-VSAFET、3D NOR等成果，并多次作為封面文章或編輯特選文章。
近日，該團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的自限制ALE(原子層刻蝕)工藝，實(shí)現(xiàn)了鍺對(duì)鍺硅材料和晶面的雙重選擇性精確刻蝕，制備出由(111)晶面構(gòu)成的沙漏型單晶Ge溝道自對(duì)準(zhǔn)垂直納米環(huán)柵器件。該沙漏形Ge溝道器件最窄處為5-20nm，表現(xiàn)出良好的短溝道效應(yīng)免疫等優(yōu)異性能，且納米線器件的開(kāi)態(tài)電流(Ion)達(dá)到291μA/μm，為同類器件最大。該器件同時(shí)具有較高的電流開(kāi)關(guān)比(Ion/Ioff = 3.1×106), 良好的亞閾值擺幅(SS = 91 mV/dec)以及漏致勢(shì)壘降低(DIBL = 55mV/V)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)納米雜志》(ACS NANO)上。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、北京超弦存儲(chǔ)器研究院和國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。
(a) 具有頸縮溝道厚度~5nm的TiN/HfO2/Al2O3/GeOx柵極堆疊的STEM截面， (b) 沙漏形狀的Ge溝道在 (111) 平面形成交角54.7°， (c) EOT=1.6nm的柵極堆疊的STEM圖像， (d)漏極離子注入尖峰退火后Ge和B的SIMS分布， (e) EOT=1.6nm 的Ge溝道p型垂直環(huán)柵納米線器件的Id-Vg轉(zhuǎn)移特性曲線， (f) EOT=2.5nm 的Ge溝道p型垂直環(huán)柵納米線器件的典型Id-Vds輸出曲線。
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