在本月初於日本舉行的「超大型積體電路技術暨電路會議」(2017 Symposia on VLSI Technology and Circuits)上,歐洲研究機構Imec發表論文介紹一種閘極環繞式(GAA)電晶體,其性能超越10nm以下節點的標準互補金屬氧化物半導體(CMOS),而且具有10億分之一歐姆(Ω)電阻的源極/漏極觸點。

根據Imec,利用淺鎵植入和脈衝雷射退火,可為p-MOS電晶體源極/漏極觸點寫下10億分之一歐姆源/汲電阻率的新世界紀錄。

超快速的sub-10nm SiGe GAA電晶體在300毫米(mm)晶圓上使用應變鍺p通道(p-channel),展現其卓越的靜電控制,並透過使用高壓退火(HPA)實現,Imec並證明其可用於更傳統的FinFET架構。

20170614_Imec_NT02P1 Imec聲稱這是世界上第一個具有sub-10nm直徑的微縮應變鍺p-Channel GAA FET,整合於300mm晶圓的平台上。(來源:Imec)

SiGe原則

矽鍺(SiGe)電晶體作為射頻(RF)收發器的能力是眾所周知的,因為它讓收發器的甚餘部份使用相同的CMOS技術,以避免使用晶格結構與矽不相容的GaAs功率放大器(PA)。

然而,在超越10nm的先進製程節點上,尚未證明SiGe可成功用於FinFET或更先進的架構(如GAA FET)——至少不能在最先進的300mm晶圓上。然而,根據Imec,使用HPA提高了p-channel FinFET和GAAs的卓越性能和靜電控制。

Imec聲稱,未公開的新架構改變能夠補償SiGe的較大介電常數和較小能隙,使其更易於在10nm以下持續微縮,而不至於犧牲靜電控制。因此,Imec聲稱可實現至今最短的閘極長度(40nm)和最薄奈米線(9nm)。GAA-FET能保持靜電控制,使漏極引起的阻障層降低30mV/V,次閾值斜率為79mV/dec。

提高HPA

Imec還聲稱,其HPA技術提高了鍺GAAs和FinFET的性能。由於HPA在450°C下,Imec研究人員聲稱將介面品質和空洞遷移率提高到600cm2/Vs。HPA最佳化顯著提高了其GAA元件的靜電和整體性能,使其達到60nm長度、Q係數為15,以及每微米約3~100億分之一安培的低電流。

Imec在這方面的所有研究都將與CMOS合作夥伴GlobalFoundries、華為(Huawei)、英特爾(Intel)、美光(Micron)、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)、Sony Semiconductor Solutions以及台積電(TSMC)共同分享成果。

20170614_Imec_NT02P2 Imec為P-SiGe源極與漏極觸點實現每平方公分約100億分之一歐姆的突破,將與CMOS合作夥伴GlobalFoundries、華為、英特爾、美光、高通、三星、海力士、Sony Semiconductor Solutions以及台積電共享成果。(來源:Imec)

編譯:Susan Hong

(參考原文:Germanium Displacing GaAs for RF Transistors,by R. Colin Johnson)