中国科学院微电子所利用新型堆叠纳米片沟道表面处理技术研制成功接近理想开关的 GAA 晶体管

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本站 3 月 26 日消息，堆叠纳米片全环绕栅（GAA）晶体管具有极佳的栅控特性、更高的驱动性能以及更多的电路设计灵活性，是主流集成电路制造继 FinFET 之后的核心晶体管结构。

然而，目前堆叠纳米片 GAA 器件存在沟道界面态较大，难以实现理想亚阈值开关的难题，一个关键原因是新引入的 GeSi / Si 超晶格叠层在材料界面处，易受到集成热预算的影响产生 Ge 原子的扩散与再分布，导致纳米片沟道释放后在表面存在微量 Ge 原子残留，引起额外界面缺陷及载流子导电性能降低。

针对这一挑战，中国科学院微电子所集成电路先导工艺研发团队提出了一种与 GAA 晶体管纳米片沟道释放工艺完全兼容的低温臭氧准原子级处理（Quasi-Atomic Layer Etching，qALE）技术。

据介绍，该技术在纳米片沟道释放后，通过极薄厚度的臭氧自限制氧化与腐蚀反应，实现了对纳米片沟道表面残留的 Ge 原子精准去除，避免对内层 Si 沟道的损伤。

中国科学院微电子所研制的 CMOS 器件特性表明，采用低温 qALE 处理后，纳米片沟道的界面态密度降低两个数量级，晶体管亚阈值开关摆幅优化到60.3 mV / dec，几乎接近器件热力学理论极限（60mV / dec），漏电流（Ioff）降低了 66.7%。

同时，由于处理后沟道表面电荷引起的载流子散射明显降低，晶体管开态电流（Ion）也提升超过 20%。该研究工作为制备高性能的堆叠纳米片GAA器件提供了一种高效及低成本的技术路径。

相关研究成果已发表在 3 月最新的IEEE Electron Device Letters 上并成功入选成为该期刊的封面论文。

微电子所研究生蒋任婕和桑冠荞为该论文的第一作者，张青竹研究员和殷华湘研究员为共同通讯作者。该项研究得到了中国科学院战略性先导专项（A类）和国家自然科学基金的支持。

本站附论文链接：

https://ieeexplore.ieee.org/ abstract / document / 10818672