【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在先進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準單元面積、緩解柵極長度限制、提高集成密度和改善寄生電容/電阻等方面具有獨特的優(yōu)勢，成為先進邏輯和DRAM技術方面的重要研究方向。
 

　　2016年，中國科學院微電子研究所集成電路先導工藝研發(fā)中心朱慧瓏研究團隊，首次提出自對準金屬柵的垂直環(huán)柵納米晶體管并開展了系統(tǒng)研究，在器件結構、工藝、集成技術與應用等方面獲得了一系列進展。該團隊陸續(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，該團隊利用自主研發(fā)的自限制ALE(原子層刻蝕)工藝，實現(xiàn)了鍺對鍺硅材料和晶面的雙重選擇性精確刻蝕，制備出由(111)晶面構成的沙漏型單晶Ge溝道自對準垂直納米環(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免疫等優(yōu)異性能，且納米線器件的開態(tài)電流(Ion)達到291μA/μm，為同類器件最大。該器件同時具有較高的電流開關比(Ion/Ioff = 3.1×106), 良好的亞閾值擺幅(SS = 91 mV/dec)以及漏致勢壘降低(DIBL = 55mV/V)。
 

　　相關研究成果發(fā)表在《美國化學學會納米雜志》(ACS NANO)上。研究工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、北京超弦存儲器研究院和國家自然科學基金等的支持。
 

　　(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。