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微电子所在新型负电容FinFET器件研究中取得重要进展

时间:2019-06-11 阅读:
近日,中国科学院微电子所集成电路先导工艺研发中心,面向5纳米及以下节点高性能和低功耗晶体管性能需求,基于主流后高K金属栅(HKMG-last)三维FinFET器件集成技术,成功研制出高性能

近日,中国科学院微电子所集成电路先导工艺研发中心,面向5纳米及以下节点高性能和低功耗晶体管性能需求,基于主流后高K金属栅(HKMG-last)三维FinFET器件集成技术,成功研制出高性能的负电容FinFET器件。

现有硅基晶体管受玻尔兹曼热力学限制,室温下亚阈值摆幅SS≥60mV/dec,阻碍了工作电压的继续降低。当集成电路技术进入5纳米及以下节点,随着集成度的持续增加,在维持器件性能的同时面临功耗急剧增加的严重挑战。先导中心殷华湘研究员的团队在主流后HKMG FinFET集成工艺的基础上,通过材料工艺优化和多栅器件电容匹配设计,结合高质量低界面态的3纳米铪锆金属氧化物薄膜,研制成功性能优异的NC-FinFET器件,实现了SS和阈值电压回滞分别为34.5mV/dec和9mV的500纳米栅长NC-FinFET器件,以及SS和阈值电压回滞分别为53mV/dec和40mV的20纳米栅长NC-FinFET器件。其中,500纳米栅长NC-FinFET器件的驱动电流比常规HfO2基FinFET器件(非NC-FinFET)提升了260%且电流开关比(Ion/Ioff)大于1x106,标志着微电子所在新型NC-FinFET器件的研制方面取得了重要进展。

上述最新研究结果发表在国际微电子器件领域的顶级期刊《IEEE Electron Device Letters》上(DOI: 10.1109/LED.2019.2891364),并迅速受到国际多家研发机构的高度关注。

该项集成电路先导工艺的创新研究得到国家科技重大专项02专项和国家重点研发计划等项目的资助。

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图1、(a)负电容FinFET基本结构;(b-c)三维器件沟道结构与铁电HZO膜层结构;

(d-e)器件I-V与SS特性;(f)最新器件性能国际综合对比(SS与回滞电压越小越好)

来源:中国科学院微电子所

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