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中科院微电子所在n型垂直纳米器件方向取得进展

时间:2021-09-30 作者:中科院微电子所 阅读:
微电子所先导中心朱慧珑研究员团队于2019年首次成功研发出p型具有自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管(见IEEE Electron Device Letters,DOI: 10.1109/LED.2019.2954537),并对n型器件进行了研究。
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垂直纳米环栅晶体管因其在减小标准单元面积、提升性能和改善寄生效应等方面具有天然优势,能满足功耗、性能、面积和成本等设计要求,已成为2nm及以下技术节点芯片的重点研发方向。 

微电子所先导中心朱慧珑研究员团队于2019年首次成功研发出p型具有自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管(见IEEE Electron Device Letters,DOI: 10.1109/LED.2019.2954537),并对n型器件进行了研究。与p型器件制备工艺不同,n型器件在外延原位掺杂时,沟道和源漏界面处存在严重的杂质分凝与自掺杂问题。为此,团队开发出了适用于垂直器件的替代栅工艺,利用假栅做掩模通过离子注入实现源漏的掺杂,既解决了上述外延原位掺杂难题,又突破了原位掺杂的固溶度极限,更利于对晶体管内部结构的优化和不同类型晶体管之间的集成。 

为获得可精确控制沟道和栅极尺寸的垂直环栅器件,选择性和各向同性的原子层刻蚀方法是不可或缺的关键工艺。团队对此方法进行了深入分析和研究,提出了相应的氧化—刻蚀模型,应用于实验设计,改进和优化了横向刻蚀工艺;用该刻蚀工艺与假栅工艺结合,首次制备出了具有自对准栅的n型叠层垂直纳米环栅晶体管,器件栅长为48纳米,具有优异的短沟道控制能力和较高的电流开关比(Ion/Ioff),其中纳米线器件的亚阈值摆幅(SS)、漏致势垒降低(DIBL)和开关比为67 mV/dec、14 mV和3×105;纳米片器件的SS、DIBL和开关比为68 mV/dec、38 mV和1.3×106。相关研究成果发表于期刊Nano Letters(DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01033)和ACS Applied Materials & Interfaces(DOI: 10.1021/acsami.0c14018)上,先导中心博士生李晨为文章第一作者,朱慧珑研究员与张永奎高级工程师为共同通讯作者。 

该研究得到中科院战略先导专项(先导预研项目“3-1纳米集成电路新器件与先导工艺”)、青年创新促进会和国家自然科学基金等项目资助。 

   图 (a) 替代栅结构TEM截面,(b) 垂直环栅纳米器件TEM截面的EDX元素分布图,(c)氧化-刻蚀模型,(d) n型垂直环栅纳米线器件的Id-Vg特性及TEM俯视插图,(e) n型垂直环栅纳米片器件的Id-Vg特性与TEM俯视插图 

责编:Luffy Liu

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