當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月18日，imec（比利時(shí)微電子研究中心）通過(guò)官網(wǎng)宣布，在本周舉行的 2024 年 IEEE VLSI 技術(shù)與電路研討會(huì) (2024 VLSI) 上， imec 首次展示了具有堆疊底部和頂部源/漏極觸點(diǎn)的功能性單片CMOS CFET 器件。雖然結(jié)果是從正面圖案化兩個(gè)觸點(diǎn)獲得的，但 imec 還展示了將底部觸點(diǎn)形成移至晶圓背面的可行性——將頂部器件的存活率從 11% 顯著提高到 79%。
imec 的邏輯技術(shù)路線圖設(shè)想在 A7 （7埃米）制程節(jié)點(diǎn)設(shè)備架構(gòu)中引入互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (CFET)。當(dāng)與先進(jìn)的布線技術(shù)相結(jié)合時(shí)，CFET 有望將標(biāo)準(zhǔn)單元軌道高度從 5T 降低到 4T 甚至更低，而不會(huì)降低性能。在集成 n 和 pMOS 垂直堆疊結(jié)構(gòu)的不同方法中，與現(xiàn)有的納米片型工藝流程相比，單片集成被認(rèn)為是破壞性最小的。
△圖1：具有MDI和堆疊正面圖案化觸點(diǎn)的CMOS CFET器件(TC =頂部觸點(diǎn); TJ= 頂部結(jié); BC=底部觸點(diǎn); BJ= 底部結(jié))。SEM 橫截面沿BC/TC (左)和橫跨BC/TC (右)顯示。
△圖2：具有正面圖案化堆疊接觸的nFET和pFET的ld/Vg曲線。
△圖3：SEM圖片顯示在晶圓背面形成的底部觸點(diǎn)，并且準(zhǔn)確定位在正面形成的底部結(jié)上方(BDI =底部電介質(zhì)隔離)。
在 2024 年 VLSI 研討會(huì)上，imec 首次展示了具有堆疊頂部和底部觸點(diǎn)的功能性單片 CMOS CFET 器件。CFET 集成在 18nm 柵極長(zhǎng)度、60nm 柵極間距和 n 和 p 器件之間 50nm 的垂直間隔中。在測(cè)試載體上演示了電氣功能，其中 nFET 和 pFET 器件使用公共柵極，頂部和底部觸點(diǎn)從正面連接。
所提出的工藝流程包括兩個(gè) CFET 特定模塊：中間電介質(zhì)隔離 (MDI) 以及堆疊的底部和頂部觸點(diǎn)。
MDI 是 imec 首創(chuàng)的一種模塊，用于隔離頂柵和底柵，并區(qū)分 n 型和 p 型器件之間的閾值電壓設(shè)置。MDI 模塊基于對(duì) CFET“有源”多層 Si/SiGe 堆棧的修改，并允許內(nèi)部間隔物的共集成 – 這是一種納米片特有的功能，可將柵極與源極/漏極隔離。imec CMOS 器件技術(shù)總監(jiān)Naoto Horiguchi表示：“我們采用 MDI 優(yōu)先方法獲得了最佳工藝控制結(jié)果，即在源極/漏極凹槽之前 – 在此步驟中，納米片和 MDI 被‘切割’以進(jìn)入通道側(cè)壁并啟動(dòng)源極/漏極外延。具有‘原位封蓋’的創(chuàng)新型源極/漏極凹槽蝕刻通過(guò)在源極/漏極凹槽期間保護(hù)柵極硬掩模/柵極間隔物實(shí)現(xiàn)了 MDI 優(yōu)先?！?/p>
第二個(gè)關(guān)鍵模塊是堆疊源極/漏極底部和頂部觸點(diǎn)的形成，它們通過(guò)介電隔離垂直分隔。關(guān)鍵步驟是底部觸點(diǎn)金屬填充和蝕刻，以及隨后的介電填充和蝕刻——所有這些都在與 MDI 堆棧相同的狹小空間內(nèi)完成。
Naoto Horiguchi：“在從正面開發(fā)底部觸點(diǎn)時(shí)，我們遇到了多重挑戰(zhàn)，影響了底部觸點(diǎn)電阻并限制了頂部器件源極/漏極形成的工藝窗口。在 2024 VLSI 中，我們表明將底部觸點(diǎn)形成移至晶圓背面是可行的，盡管與晶圓鍵合和減薄相關(guān)的工藝步驟更多。頂部器件的存活率從 11% 提高到 79%，使背面底部觸點(diǎn)形成成為行業(yè)中一個(gè)有吸引力的選擇。目前正在進(jìn)行研究以確定最佳觸點(diǎn)布線方法。”
