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2nm晶体管的另一种选择:hCFET?

2020年12月,以工业技术研究院()和半导体研究中心()为代表的联合研究小组公布了用于2nm一代的Si(硅)/Ge(硅)/Ge叠层板。他们还宣布开发了一种异质互补场效应晶体管(hCFET)。

随着微加工技术的发展,场效应晶体管已经实现了高性能和低功耗。

在22纳米一代,它发展到了三维栅极结构的场效应晶体管,称为“鳍场效应晶体管”。此外,GAA(全向门)结构已经作为替代版本出现。

此外,还有一种称为CFET结构的技术,这是一种n型场效应晶体管和p型场效应晶体管相互堆叠的结构。面积可以大大缩小,速度可以提高。

2nm晶体管的另一种选择:hCFET? 科学快报 第1张

资料来源:美国半导体技术研究所

研究开发了硅n型场效应管和锗p型场效应管互补金属氧化物半导体技术。另一方面,TSRI一直致力于发展精细加工技术,以实现2纳米后的3D 沟道。因此,两家公司在2018年推出了一个国际联合研究项目,以利用各自的优势。

本项目的目的是开发一种可以堆叠硅和锗层的硅/锗异质沟道集成平台,它是一种低温异质材料键合技术(LT-HBT),可以在200或更低的温度下堆叠高质量的硅和锗层。开发了低温异质层键合技术。由于所有的叠层和刻蚀工艺都可以在低温下进行,因此具有对硅层和锗层损伤最小的特点,可以实现高质量的硅锗异质沟道集成平台。

该产品的制造过程如下。首先,准备锗的“主晶片”和“施主晶片”,以便在主晶片上外延生长。二氧化硅绝缘膜沉积在每个主硅片上以活化表面。然后,在200下直接粘合.然后,依次去除硅衬底、BOX绝缘膜和施主硅晶片的硅层。最后用东北大学研制的中性()对Ge进行均匀薄化。

结果,实现了硅锗异质沟道叠层结构。该技术可以大大简化hCFET的制造工艺,也可以用于其他多层结构。

2nm晶体管的另一种选择:hCFET? 科学快报 第2张

采用低温异种材料键合技术的硅锗异通道叠层工艺来源:AIST

研究团队使用开发的硅/锗异质沟道堆叠平台创建了异质结场效应晶体管。形成具有相同沟道图案的硅层和锗层,并且去除硅层和锗层之间的绝缘层以形成纳米片状层叠沟道结构。从SEM俯视图可以确认Ge和Si沟道裸露。

在该结构上,沉积高k栅极绝缘膜(Al2 O3)和金属栅极(tin)以覆盖整个沟道,并且将砷化镓结构“硅n型场效应晶体管”和“p型场效应晶体管”放置在彼此的顶部。已经实现了堆叠式hCFET。从透射电子显微镜截面图中,发现上锗层和下硅层以沟道宽度约为50纳米的纳米片的形式层叠。这些结构也可以通过透射电镜EDX分析得到证实。

此外,我们通过单个栅极成功地操作了这些“N型场效应晶体管”和“P型场效应晶体管”。已经证明,通过LT-HBT堆叠不同的沟道作为2nm代晶体管技术是非常有效的。

2nm晶体管的另一种选择:hCFET? 科学快报 第3张

本研究的成果是日本集团(AIST和东北大学),代表人是AIST器件技术研究部先进CMOS工艺研究组研究员常文新和TSRI李耀仁研究员。它是一个由台湾, 中国(交通大学、国立成功大学、南方国际大学、台湾大学、国立中山大学, 爱子大学、工业技术研究所、日立高科技,台湾)的研究人员组成的国际合作研究团体。国际合作研究小组,连同其渴望为包括海外在内的私营公司建立高精度异构渠道集成平台的愿望,预计将进行为期三年的技术转让。