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1、第33卷第6期微电子学Vol.33,№62003年12月MicroelectronicsDec.2003文章编号:1004-3365(2003)06-0527-04新结构MOSFET林钢,徐秋霞(中国科学院微电子中心,北京100029)摘要:和传统平面结构MOSFET相比,新结构MOSFET具有更好的性能(如改善的沟道效应(SCE),理想的漏诱生势垒降低效应(DIBL)和亚阈值特性)和更大的驱动电流等。文章主要介绍了五种典型的新结构MOSFET,包括平面双栅MOSFET、FinFET、三栅MOSFET、环形栅MOSFET和竖直结
2、构MOSFET。随着MOSFET向亚50nm等比例缩小,这些新结构器件将大有前途。关键词:MOSFET;平面双栅MOSFET;FinFET;三栅MOSFET;环形栅MOSFET;竖直结构MOSFET中图分类号:TN432文献标识码:AAnOverviewofMOSFET'swithNovelStructuresLINGang,XUQiu-xia(MicroelectronicsCenter,TheChineseAcademyofSciences,Beijing,100029,P.R.China)Abstract:Compared
3、withthetraditionalplanarMOSFET's,MOSFET'swithnovelstructureshavebetterperformance,suchasimprovedSCE,idealDIBLandsub-thresholdslope,aswellashigherdrivingability.FivetypesofnovelstructuredMOSFET's,includingplanardouble-gateMOSFET's,FinFET's,tri-gateMOSFET's,gate-all-ar
4、oundMOSFET'sandverticalMOSFET's,aredescribedinthepaper.AsMOSFET'sarescalingdowntosub-50nm,thesedevicesareverypromising.Keywords:MOSFET;Double-gateMOSFET;Fin-FET;Tri-gateMOSFET;Gate-all-aroundMOSFET;VerticalMOSFETEEACC:2560R2)栅氧厚度的限制。当特征尺寸降低到亚501引言nm,为了减小短沟道效应,对应的栅氧厚度
5、需要降低到0.6～0.8nm,此时,MOSFET的直接隧穿电+在过去的三十年中,集成电路技术一直遵循着流会非常大;另外,对于P多晶硅栅PMOSFET,由摩尔定律快速发展。根据ITRS(International于栅介质太薄,B穿通现象会非常严重;这些都会影TechnologyRoadmapforSemiconductor)2001年响器件的正常工作。的预测,按照目前集成电路等比例缩小的趋势,到3)结深的限制。为了减小短沟道效应,2014年,MOS器件的特征尺寸将达到35nm,一块MOSFET的结深要尽可能地小;同时,为了减小串芯
6、片上集成的晶体管数目将超过1000亿个。连电阻,需要增加S/D区的掺杂浓度。由于掺杂浓然而,当器件尺寸达到亚50nm时,已经接近度受到杂质“固溶度”的限制,当掺杂的浓度达到了按比例缩小的极限。此时,传统的平面结构杂质“固溶度”时,串连电阻就很难减小了。MOSFET将面临很多难题。4)多晶硅栅的电阻会随着栅长度变窄而急剧上1)Lg<50nm后,短沟道效应(SCE)将变得非升,这对器件来说也是很不利的。常严重,在低的阈值电压下,既要获得高的驱动电此外,传统的平面结构晶体管还受到加工设备流,又要维持小的关态漏电流,这是一个严峻的挑方面
7、的限制,例如光刻技术和热处理技术等方面的战。限制。为了解决上述问题,世界各国的研究者提出了收稿日期:2002-11-11;定稿日期:2003-01-16528林钢等:新结构MOSFET2003年一些新的材料和新的加工工艺,开发出一些具有新部分就形成了以后器件的源漏区);3)多余的外延硅结构的MOSFET。用CMP方法去除掉,并以图中顶部的Si3N4作为本文主要介绍这些具有不同于传统平面结构CMP停止的界限;4)源漏注入后,用H3PO4腐蚀掉MOSFET的新结构晶体管,包括平面双栅顶部和底部的Si3N4,形成硅桥结构,参见图3;5
8、)生MOSFET、FinFET、三栅MOSFET、环形栅长栅氧,淀积多晶硅电极。MOSFET、竖直结构MOSFET。研究表明,这些新结构的MOS器件可以从根本上克服传统MOS器件所面临的困境,因此具有很好的发展前景。2新结构器件下面介绍的几种新结构器件,其共同特
