中科院微电子所先导中心朱慧珑研究员课题组–世界上首个具有自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管的实现 | 山东利特纳米技术有限公司-pg电子免费版

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，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。三星在去年率先宣布3nm节点改用gaa环绕栅极晶体管。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。

基于上述信息也可以看出gaa环绕栅极晶体管的重要意义。这里，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，首次实现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。所获得的栅长约60 nm，纳米片厚度20 nm的p型vsafet。原型器件的ss、dibl和电流开关比（ion/ioff）分别为86 mv/dec、40 mv和1.8×105。

figure 1. vsafets的工艺流程。（a）si/sige/si之后的sem图，（b）rie之后的3d结构sem图，（c）qale之后的sem图，（d）hkmg沉积后的tem图。

figure 2. vsafets的原理示意图。（a）单个装置的结构设计，（b）两个装置串联连接的的测试结构。

figure 3. 配有包覆hkmg的vsafets的stem顶视图。（a）方形横截面纳米线，（b）圆形横截面纳米线，（c）纳米片。

figure 4.栅极金属在活性离子刻蚀后（rie），（a）vsafets的sem图：纳米片装置的hkmg和（b）与栅极的局部连接。

figure 5.（a）pvsafets器件的结构和i-v特性，（a）转移特性曲线和（b）输出特性曲线。

该研究工作由中科院微电子所先导中心朱慧珑研究员课题组于2019年发表在国际微电子器件领域的顶级期刊《ieee electron device letters》上。原文：vertical sandwich gate-all-around field-effect transistors with self-aligned high-k metal gates and small effective-gate-length variatio（doi: 10.1109/led.2019.2954537）

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