中國科學院微電子研究所先導中心研究員朱慧瓏及其課題組提出并實現了世界上首個具有自對準柵極的疊層垂直納米環柵晶體管。

   垂直納米環柵晶體管是集成電路2納米及以下技術代的主要候選器件，但其在提高器件性能和可制造性等方面面臨著眾多挑戰。在2018年底舉辦的國際集成電路會議IEDM上，來自IMEC的Ryckaert博士將垂直納米器件的柵極長度及溝道與柵極相對位置的控制列為關鍵挑戰之一。

　　中國科學院微電子研究所先導中心研究員朱慧瓏及其課題組從2016年起針對相關基礎器件和關鍵工藝開展了系統研究，提出并實現了世界上首個具有自對準柵極的疊層垂直納米環柵晶體管（Vertical Sandwich Gate-All-Around FETs或VSAFETs），獲得多項中、美發明專利授權，研究成果近日發表在國際微電子器件領域期刊IEEE Electron Device Letters上（DOI: 10.1109/LED.2019.2954537）。

　　朱慧瓏課題組系統地研發了一種原子層選擇性刻蝕鍺硅的方法，結合多層外延生長技術將此方法用于鍺硅/硅超晶格疊層的選擇性刻蝕，從而精確地控制納米晶體管溝道尺寸和有效柵長；首次研發出了垂直納米環柵晶體管的自對準高k金屬柵后柵工藝；其集成工藝與主流先進CMOS制程兼容。課題組最終制造出了柵長60納米、納米片厚度20納米的p型VSAFET。原型器件的SS、DIBL和電流開關比（Ion/Ioff）分別為86mV/dec、40mV和1.8×105。

　　該項目部分得到中科院集成電路創新研究院項目（Y7YC01X001）的資助。

　　左上：STEM頂視圖，用原子層選擇性刻蝕鍺硅的方法制作的直徑為10納米的納米線（左）和厚度為23納米的納米片（右）；右上：具有自對準高k金屬柵的疊層垂直納米環柵晶體管(VSAFETs)的TEM截面圖（左）及HKMG局部放大圖（右）；下：pVSAFETs器件的結構和I-V特性：器件結構示意圖（左），轉移特性曲線（中）和輸出特性曲線（右）