微电子所新型硅基环栅纳米线MOS器件研究获突破

近日，中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心在面向5纳米以下技术代的新型硅基环栅纳米线(Gate-all-around silicon nanowire，GAA SiNW)MOS器件的结构和制造方法研究中取得新进展。

5纳米以下集成电路技术中现有的FinFET器件结构面临诸多挑战。环栅纳米线器件由于具有更好的沟道静电完整性、漏电流控制和载流子一维弹道输运等优势，被认为是未来可能取代FinFET的关键架构。近年来，将环栅纳米线结构和主流FinFET工艺结合发展下一代集成技术已成为集成电路深入发展的研发关键热点。

目前报道的基于主流高k金属栅FinFET制造工艺形成堆叠纳米线器件的研发有两种不同方案：堆叠纳米线(SNW，IMEC)和堆叠纳米片(Nanosheet，IBM)技术。上述方案都需要在普通硅衬底上外延生长高质量的多层GeSi/Si结构，并在高k金属栅取代栅工艺中选择腐蚀GeSi或Si，终在沟道中选择形成堆叠纳米线而在源漏中保持Fin结构。该技术在集成电路大规模制造中存在许多潜在的挑战: 须生长高质量、接近体硅质量无缺陷的多层GeSi/Si外延层；由于Ge元素在前道集成步骤中引入，给后继工艺带来较低的工艺温度窗口限制以及较多的Ge原子沾污机会。

纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构。悬置纳米线指纳米线在真空条件下末端被固定。典型的纳米线的纵横比在1000以上，因此它们通常被称为一维材料。

根据组成材料的不同，纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线，半导体纳米线和绝缘体纳米线。纳米线均在实验室中生产，截2014年尚未在自然界中发现。纳米线可以由悬置法、沉积法或者元素合成法制得。悬置纳米线可以通过对粗线的化学刻蚀得来，也可以用高能粒子（原子或分子）轰击粗线产生。实验室中生长的纳米线分为两种，分别为垂直于基底平面的纳米线和平行于基底平面的纳米线。

生产纳米线的硅和氧在地壳层是常见的可持续和廉价利用的元素。实验表明纳米线可以被用于下一代计算设备，例如：通过对纳米线掺杂，并对纳米线交叉可以制作逻辑门。这些在小尺度下才具备的性质使得纳米线被广泛应用于新兴的领域，例如纳电机系统（NEMS纳机电系统）。