微電子所在納米環柵GAA器件多閾值實現技術方面取得重要進展

　　納米環柵器件（GAA）是繼3納米以下及FinFET技術后，英特爾、三星和臺積電等境外半導體巨頭正投入巨資研發的最先進集成電路制造技術。長期以來，CMOS器件的多閾值（Multi-V_T）調控是實現高性能、低功耗電路最優應用的關鍵技術之一。但堆疊納米片GAA器件由于納米片間空間（T_sus）嚴重受限，采用傳統的柵金屬功函數層膜厚調控以實現多閾值極具挑戰。因此，新型多閾值調控技術及工藝集成是目前先進GAA器件集成中的研究重點。 

　　針對上述關鍵問題，微電子所先導中心殷華湘研究員團隊提出了一種無傳統功函數金屬填充的柵介質界面原位偶極子（WFM-less D⁴）閾值調控技術，有效突破傳統高k/金屬柵（HKMG）填充空間的限制，在三層堆疊Si納米片GAA n/pFET中獲得了7(N)+7(P)種類的多閾值集成, 分別實現了最大1105和873 mV的ΔV_T調控幅度，達到世界領先水平。該閾值調控技術還適用于T_sus進一步微縮的GAA器件，降低GAA晶體管的寄生電阻和電容影響，提高器件驅動性能與電路工作頻率。 

　　基于該研究成果的文章“Record 7(N)+7(P) Multiple V_Ts Demonstration on GAA Si Nanosheet n/pFETs using WFM-Less Direct Interfacial La/Al-Dipole Technique”入選2022 IEDM先進邏輯技術Session。2022年12月7日，微電子所姚佳欣博士在美國舊金山IEDM大會現場進行了口頭報告，并與包括Intel、TSMC、CEA-Leti、IMEC、UC Berkeley、MIT等國際產業界和頂尖研究機構、大學在內的多位技術專家、學者進行了詳細且深入的交流與探討。 

　　該研究由微電子所先導中心獨立完成，微電子所是唯一通訊單位。微電子所姚佳欣助理研究員（在站博士后）為第一作者，殷華湘研究員、張青竹副研究員為通訊作者。 

　　該研究得到了中科院戰略性先導A專項、北京市自然科學基金青年項目、北京市科技新星計劃等項目資助。 

圖（a）WFM-Less D⁴調控方法與路徑，（b）所制備三層堆疊硅納米片（SiNS）GAA器件與WFM-Less D⁴ stack結構的TEM結果，（c）多閾值GAA器件I_d-V_g特性@Vdsat=±0.9V，（d）7N+7P器件多閾值的實現及分布