微電子所在新型FinFET器件工藝研究中取得突破

　　近日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心在下一代新型FinFET邏輯器件工藝研究中取得新進(jìn)展。

　　隨著主流FinFET器件工藝的持續(xù)微縮，其在柵控與性能提升上面臨越來越大的技術(shù)挑戰(zhàn)。微電子所研究員殷華湘課題組相繼提出S-FinFET、后柵納米線及體硅絕緣Fin-on-insulator（FOI）FinFET等創(chuàng)新技術(shù)（圖1-3），探索采用新型器件結(jié)構(gòu)來突破未來主流集成電路工藝微縮限制的可能技術(shù)方法。然而這些新器件結(jié)構(gòu)雖然柵控更為優(yōu)秀卻面臨性能不足，弱于主流FinFET工藝的巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，研究小組利用低溫低阻NiPt硅化物在新型FOI FinFET上實(shí)現(xiàn)了全金屬化源漏（MSD），顯著降低源漏寄生電阻，從而將N/PMOS器件性能提高大約30倍，使得驅(qū)動(dòng)性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?；谠撗芯砍晒恼撐腇OI FinFET with Ultra-low Parasitic Resistance Enabled by Fully Metallic Source and Drain Formation on Isolated Bulk-fin（通訊作者：殷華湘、張青竹，Session 17.3）被2016年IEEE國(guó)際電子器件大會(huì)（IEDM）接收，并在IEDM的關(guān)鍵分會(huì)場(chǎng)之一——硅基先導(dǎo)CMOS 工藝和制造技術(shù)（PMT）上由第一作者張青竹作了學(xué)術(shù)報(bào)告。約700名來自全球集成電路邏輯器件與工藝技術(shù)領(lǐng)域的知名專家聆聽了該報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容得到IBM、意法半導(dǎo)體和海思半導(dǎo)體等國(guó)際知名主流集成電路公司的熱切關(guān)注，并在會(huì)后進(jìn)行了充分的交流。該技術(shù)成果同時(shí)得到IBM公司主管先進(jìn)集成電路技術(shù)研發(fā)的經(jīng)理H. Bu的高度評(píng)價(jià)和充分認(rèn)可，意法半導(dǎo)體的高級(jí)技術(shù)專家P. Morin也高度贊揚(yáng)該文所提出的技術(shù)方案。

　　當(dāng)前主流FinFET（Tri-gate）器件工藝是16/14nm以及10nm節(jié)點(diǎn)集成電路制造的關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)計(jì)在7-5nm及以下技術(shù)代漏電流控制和源漏寄生電阻問題上面臨嚴(yán)重的技術(shù)挑戰(zhàn)。SOI器件具有天然的介質(zhì)隔離，漏電流和寄生電容更小、速度快，但是面臨高昂的襯底成本和驅(qū)動(dòng)性能差等難題。兼容主流體硅FinFET工藝，通過體硅襯底形成介質(zhì)隔離的類SOI器件，即FOI FinFET已經(jīng)成為重要的研究方向，但是該類器件由于介質(zhì)隔離的硅fin更小，源漏寄生電阻已經(jīng)成為限制其驅(qū)動(dòng)性能最大的制約因素。采用基于低溫低阻NiPt硅化物的全金屬化源漏在介質(zhì)隔離上可以有效消除常規(guī)體fin上的漏電影響，并大幅降低源漏寄生電阻，使實(shí)際物理柵長(zhǎng)為20nm的FOI FinFET的源漏接觸電阻和方塊電阻分別減小10倍和1.1倍，從而將N/P型FOI FinFET器件性能提高大約30倍，并且維持新結(jié)構(gòu)的優(yōu)異短溝道抑制特性。此外，由NiPt全金屬源漏與Si界面的晶格失配在溝道中產(chǎn)生了附加張應(yīng)力，有效地增強(qiáng)了電子遷移率，為N型 FOI FinFET的溝道遷移率增強(qiáng)技術(shù)提供新的集成方案。同時(shí)通過肖特基源漏（SBSD）技術(shù)使源漏寄生電阻進(jìn)一步降低，有效地提升了P型 FOI FinFET器件驅(qū)動(dòng)性能（大于50%）。研究結(jié)果表明，全金屬化源漏FOI FinFET相比類似工藝的常規(guī)FinFET漏電降低1個(gè)數(shù)量級(jí)，驅(qū)動(dòng)電流增大2倍，驅(qū)動(dòng)性能在低電源電壓下達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。由于替代了傳統(tǒng)的源漏SiGe外延技術(shù)，與極小pitch的大規(guī)模FinFET器件的兼容性更好，有助于降低制造成本，提高良品率，具有很高的技術(shù)價(jià)值。