【儀表網 研發快訊】在先進集成電路制造工藝中，納米環柵器件(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中心朱慧瓏研究團隊，首次提出自對準金屬柵的垂直環柵納米晶體管并開展了系統研究，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。該團隊陸續研發的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的自限制ALE(原子層刻蝕)工藝，實現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柵器件。該沙漏形Ge溝道器件最窄處為5-20nm，表現出良好的短溝道效應免疫等優異性能，且納米線器件的開態電流(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略性先導科技專項、中國科學院青年創新促進會、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型垂直環柵納米線器件的典型Id-Vds輸出曲線。
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