比利時微電子(IMEC)在2016國際電子元件會議(IEEE International Electron Devices Meeting ; IEDM)中首度提出由硅納米線垂直堆疊的環(huán)繞式閘極(GAA)金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFETs)的CMOS集成電路,其關鍵技術在于雙功率金屬閘極,使得n型和p型裝置的臨界電壓得以相等,且針對7納米以下技術候選人,IMEC看好環(huán)繞式閘極納米線電晶體(GAA NWFET)會雀屏中選。
比利時微電子研究中心與全球許多半導體大廠、系統(tǒng)大廠均為先進制程和創(chuàng)新技術的合作伙伴;其中,在CMOS先進邏輯微縮技術研究的關鍵伙伴包括有臺積電、三星電子(Samsung Electronics)、高通(Qualcomm)、GlobalFoundries、美光(Micron)、英特爾(Intel)、SK海力士(SK Hynix)、Sony、華為等。
針對半導體7納米以下制程,究竟誰可以接棒FinFET技術?比利時微電子研究中心表示,目前看起來環(huán)繞式閘極納米線電晶體(GAA NWFET)是最有可能成功突破7納米以下FinFET制程的候選人。
比利時微電子進一步分析,因為GAA NWFET擁有高靜電掌控能力,可以實現(xiàn)CMOS微縮,在水平配置中,也是目前主流FinFET技術的自然延伸,可以通過垂直堆疊多條水平納米線來最大化每個覆蓋區(qū)的驅動電流。
再者,比利時微電子研究中心也研究新的結構對于原來靜電放電(ESD)表現(xiàn)的影響,且發(fā)表靜電放電防護二極體,讓GAA納米MOSFETs的發(fā)展有突破,間接幫助鰭式場效電晶體(FinFET)持續(xù)往更先進制程技術發(fā)展。
2016年比利時微電子研究中心展示了垂直堆疊、由直徑8納米的硅納米線所制成的GAA FET,這些電晶體的靜電控制由n-FETs和p-FETs制作而成,具有n型和p型元件的相同臨界電壓,因為積體電路技術中的關鍵是雙功函數(shù)金屬閘極的使用,使得n-FET和p-FET的臨界電壓得以獨立設置。
且在該步驟中,P型功函數(shù)金屬(PWFM)在所有元件中的溝槽式閘極使用,然后使用選擇性蝕刻P型功函數(shù)金屬到納米結晶性鉿氧化物(HfO2)到n-FET,隨后利用N型功函數(shù)金屬。
另外,針對關鍵靜電放電(ESD)影響,比利時微電子提出兩種不同的靜電放電防護二極管,分別為閘二極體和淺溝槽隔離(STI)二極體。其中,STI二極體因為在二次崩潰電流(It2)與寄生電容的比率上表現(xiàn)較佳,所以認為是較好的靜電放電防護元件。
再者,測量和TCAD模擬也證明,與塊狀基板式鰭式電晶體(Bulk FinFET)二極體相比,GAA納米線二極體維持了靜電放電的表現(xiàn)。
比利時微電子研究中心的邏輯裝置與積體電路總監(jiān)Dan Mocuta表示,在GAA硅質CMOS技術、靜電放電防護結果方面的積體電路技術,是實現(xiàn)7納米或以下制程的重要成就。