新型負電容FinFET器件研究取得進展

近日，中國科學院微電子研究所集成電路先導工藝研發中心，面向5納米及以下節點高性能和低功耗晶體管性能需求，基於主流後高K金屬柵（HKMG-last）三維FinFET器件集成技術，成功研製出高性能的負電容FinFET器件。

現有硅基晶體管受玻爾茲曼熱力學限制，室溫下亞閾值擺幅SS≥60mV/dec，阻礙了工作電壓的繼續降低。當集成電路技術進入5納米及以下節點，隨著集成度的持續增加，在維持器件性能的同時面臨功耗急劇增加的嚴重挑戰。先導中心研究員殷華湘團隊在主流後HKMG FinFET集成工藝的基礎上，通過材料工藝優化和多柵器件電容匹配設計，結合高質量低界面態的3納米鉿鋯金屬氧化物薄膜，研製成功性能優異的NC-FinFET器件，實現了SS和閾值電壓回滯分別為34.5mV/dec和9mV的500納米柵長NC-FinFET器件，以及SS和閾值電壓回滯分別為53mV/dec和40mV的20納米柵長NC-FinFET器件。其中，500納米柵長NC-FinFET器件的驅動電流比常規HfO2基FinFET器件（非NC-FinFET）提升了260%且電流開關比（Ion/Ioff）大於1x106，標誌著微電子所在新型NC-FinFET器件的研製方面取得新進展。

上述研究結果發表在國際微電子器件領域期刊IEEE Electron Device Letters（DOI: 10.1109/LED.2019.2891364）上，並迅速受到國際多家研發機構的高度關注。

該項集成電路先導工藝的創新研究得到國家科技重大專項02專項和國家重點研發計劃等的資助。

圖：（a）負電容FinFET基本結構；（b-c）三維器件溝道結構與鐵電HZO膜層結構；（d-e）器件I-V與SS特性；（f）最新器件性能國際綜合對比（SS與回滯電壓越小越好）

來源：中國科學院微電子研究所

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