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重要进展!微电子所在n型垂直纳米器件方向出现新转机

   2021-09-17 仪品网仪品网980
核心提示:由于具备可以减小标准单元面积、提高性能和改善寄生效应等优势,2nm及以下技术节点芯片的重点研发方向已经悄然转移到了垂直纳米环栅晶体管身上, 并同时具备能满足功耗、性能、面积和成本等设计要求。n型垂直纳米器件已出现新转机。

由于具备可以减小标准单元面积、提高性能和改善寄生效应等优势,2nm及以下技术节点芯片的重点研发方向已经悄然转移到了垂直纳米环栅晶体管身上, 并同时具备能满足功耗、性能、面积和成本等设计要求。n型垂直纳米器件已出现新转机。

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,并对n型器件进行了研究。不同于p型器件的制备方法,在外延原位掺杂的n型器件中,在沟-源漏界面存在着严重的杂质分散和自掺杂。

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,不仅解决了以上外延掺杂问题,而且对原位掺杂的固溶度极限进行了突破,更有利于优化各种晶体管内部结构和外部集成。是n型垂直纳米器件方向的新进展

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。团队相关人员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,其中纳米线器件的亚阈值摆幅、漏致势垒降低和开关比为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。关于n型垂直纳米器件取得进展时的参考资料详见下面。

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。

 

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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 

参考资料:

IEEE Electron Device Letters,DOI: 10.1109/LED.2019.2954537

Nano Letters(DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01033)和ACS Applied Materials & Interfaces(DOI: 10.1021/acsami.0c14018)




 
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