? ? ? 隨著集成電路制造技術持續演進，堆疊納米片環柵場效應晶體管（Stacked Nanosheets GAA FET）在3納米以下節點將替代傳統鰭型晶體管（FinFET），從而進一步推動半導體產業發展。但面對大規模制造的需求，GAA晶體管技術還需突破N型與P型器件工作電流（I_on）嚴重失配和閾值電壓（V_th）調控困難等關鍵挑戰，對納米片溝道材料以及高 金屬柵材料提出了更多技術創新要求。因此，針對GAA晶體管進行器件結構創新已成為未來邏輯器件工藝研究的重要方向。?????

　　近日，微電子所先導中心殷華湘研究員團隊基于主流GAA晶體管的制造工藝，在體硅襯底上通過調整SiGe/Si疊層外延中底部SiGe層的Ge含量，并在后柵溝道中采用納米級高選擇比SiGe層刻蝕技術，首次設計并制備出溝道結構類似魚骨狀的GAA器件（FishboneFET）。由于在傳統堆疊Si納米片間引入額外的應變SiGe nano-fin結構，在相同的平面投影面積下大幅增加了GAA器件中的溝道導電面積并提升了P型器件的驅動性能。相比同類型的樹型（Tree-like）GAA器件（TreeFET），所設計的FishboneFET進一步改善了N型與P型器件的電學性能失配問題，并利用單一功函數金屬柵材料實現了面向CMOS器件的閾值調控，解決了FishboneFET晶體管在CMOS集成中的關鍵挑戰?；谏鲜鰟撔录夹g，研究團隊在國際上首次研制成功兼容主流GAA器件工藝的CMOS FishboneFET和TreeFET器件，獲得高的N/PFET器件電流開關比，在單一功函數金屬柵下獲得更為平衡的N型與P型GAA器件驅動性能匹配，并發現N型TreeFET和FishboneFET在抑制短溝道器件的漏致勢壘降低（DIBL）效應上更具優勢，且TreeFET較FishboneFET具有更低的DIBL效應。研究團隊提出了應變SiGe nano-fin中的價帶補償理論，成功解釋了新結構中的特殊電學效應，為新型GAA晶體管導入高性能CMOS集成電路應用建立了關鍵技術路徑。?????

　　該成果近日以“Investigation of Fabricated CMOS FishboneFETs and TreeFETs With Strained SiGe Nano-Fins on Bulk-Si Substrate”為題發表在國際微電子器件領域的高水平期刊《電氣和電子工程師協會電子器件快報》上（IEEE Electron Device Letters, Vol. 44, No. 9, 1396 (2023), DOI: 10.1109/LED.2023.3294545），并成為EDL主編重點推薦和評委“亮點文章”（Editors’ Picks），微電子所先導中心博士生曹磊為該文章第一作者。殷華湘研究員、張青竹青年研究員為該文通訊作者。該項研究得到中國科學院戰略性先導專項（A類）、國家自然科學基金委等項目的支持。?????

　　（原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10180010）?????

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圖（a）新型FishboneFET與TreeFET結構的TEM結果，（b）堆疊SiGe/Si層中SiGe材料雙端刻蝕深度隨Ge含量變化趨勢，（c）100 nm柵長器件的I_ds-V_gs特性@V_dsat= 0.9 V，（d）器件的DIBL效應隨柵長變化關系，（e）Si NS和應變SiGe nano-fin的能帶示意圖