栅极通道小组Ge、III-V族及高性能MOSFET的工作实证接连发布_我的网站

栅极通道小组Ge、III-V族及高性能MOSFET的工作实证接连发布

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在“2010 Symposium on VLSI Technology”(2010年6月15~17日,在美国夏威夷州檀香山举行)第三天的下午,集中发布了关于非硅通道MOSFET的研究成果。即把Ge、III-V族半导体和石墨烯(Graphene)以及碳纳米管(CNT)等碳类材料作为通道的MOSFET的研究成果。该研讨会有SESSION 20“Ge MOSFETs”和SESSION 22“Exploratory Research”两场。

  在SESSION 20“Ge MOSFETs”上,东京大学和日本产业技术综合研究所(以下简称产综研)分别发布了最近纷纷报告性能提高的n通道MOSFET的成果。

  东京大学的鸟海研究小组报告称,在将Y2O3用于栅极绝缘膜的(111)面Ge nMOSFET时,得到了峰值迁移率1480cm2/Vs这一迄今最高的电子迁移率(论文编号:20.1)。该小组认为,由于在Y2O3和Ge的界面上会形成Y扩散的GeO2,因此基于该界面层的界面态减少是迁移率提高的原因。产综研报告了采用HfNx和HfO2的积层栅层叠(Gate Stack)构造,在(100)Ge底板上形成了当(最终成为HfON的)HfNx膜堆积时,将在Ge表面上形成的GeN层用于界面层中的nMOSFET(论文编号:20.3)。获得了74mV/Decade的S因子(S Factor)和870cm2/Vs的电子迁移率。由以上两篇论文可以看出,近年Ge nMOSFET的性能提高已经成为一种持续性趋势。

  东芝报告了采用SrGe界面层和LaAlO3栅极绝缘膜的Ge nMOSFET和pMOSFET的器件特性(论文编号:20.2)。并验证了采用1nm以下EOT时的MOSFET动作情况。

  如上所述,关于Ge上的薄膜EOT栅层叠构造,多种提案纷纷出笼,因此有必要关注今后的动向。

  另外,比利时IMEC和美国斯坦福大学(Stanford University)的研究小组,发表了采用栅极长度为70nm的Ge pMOSFET的器件驱动力分析结果(论文编号:20.4)。据称,即使在短通道范围内,Ge通道的源端速度和弹道(Ballistic)效率也超过了硅pMOSFET。

  此外,此次VLSI研讨会的“Advanced CMOS”分会等会议上,还有许多旨在金属栅极/high k pMOSFET上阈值电压下降的SiGe通道pMOSFET(IMEC)和SiGe Fin FET(法国CEA-LETI)等的报告。向通道导入Ge(包括SiGe)的机会在增加令人印象深刻。

  在SESSION 22“Exploratory Research”上,新加坡国立大学(National University of Singapore)等的研究小组就GaAs MOSFET、东京大学等的研究小组就InGaAs MOSFET作了发布。

  III-V MOSFET的课题之一是以低电阻难以形成自对准型源漏极构造。对于这个问题,新加坡国立大学等的研究小组提出了在GaAs的源漏极上对SiGe(硅成分占3.2%)选择外延后,堆积镍(Ni)形成NiSiGe源漏极的方法(论文编号:22.2)。并验证了采用该构造MOSFET的动作情况。

  东京大学等的研究小组,作为可用于尖端工艺的薄膜III-V-OI(III-V-On-Insulator)的构造,结合采用贴合法使将以ALD(Atomic Layer Deposition,原子层沉积)堆积的Al2O3嵌入为氧化膜的InGaAs-OI底板(论文编号:22.3)得以实现。已证实,通过界面特性的提高,即使减小InGaAs通道层的厚度,也可以抑制迁移率的劣化。并且,在与Al22O3贴合时,通过采用S(硫磺)钝化,在背栅(Back Gate)工作中实现了最大4000cm2/Vs的电子迁移率。

  作为III-V-OI底板的课题之一,指出了由于III-V半导体与SiO2及硅之间热膨胀率的不同而导致的耐热性低的问题。东京大学等的研究小组此次使用上述底板在600℃下注入离子后的源漏活性化退火,试制了前栅MOSFET。并首次验证了将Al2O3作为栅极绝缘膜的前栅InGaAs-OI MOSFET的动作。电子迁移率的最大值,实现了为硅4.6倍的3000cm2/Vs。
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