微電子所新型硅基環柵納米線MOS器件研究獲突破

近日，中國科學院微電子研究所集成電路先導工藝研發中心在面向5納米以下技術代的新型硅基環柵納米線(Gate-all-around silicon nanowire，GAA SiNW)MOS器件的結構和制造方法研究中取得新進展。

5納米以下集成電路技術中現有的FinFET器件結構面臨諸多挑戰。環柵納米線器件由于具有更好的溝道靜電完整性、漏電流控制和載流子一維彈道輸運等優勢，被認為是未來可能取代FinFET的關鍵架構。近年來，將環柵納米線結構和主流FinFET工藝結合發展下一代集成技術已成為集成電路深入發展的研發關鍵熱點。

目前報道的基于主流高k金屬柵FinFET制造工藝形成堆疊納米線器件的研發有兩種不同方案：堆疊納米線(SNW，IMEC)和堆疊納米片(Nanosheet，IBM)技術。上述方案都需要在普通硅襯底上外延生長高質量的多層GeSi/Si結構，并在高k金屬柵取代柵工藝中選擇腐蝕GeSi或Si，終在溝道中選擇形成堆疊納米線而在源漏中保持Fin結構。該技術在集成電路大規模制造中存在許多潛在的挑戰: 須生長高質量、接近體硅質量無缺陷的多層GeSi/Si外延層；由于Ge元素在前道集成步驟中引入，給后繼工藝帶來較低的工藝溫度窗口限制以及較多的Ge原子沾污機會。

納米線可以被定義為一種具有在橫向上被限制在100納米以下（縱向沒有限制）的一維結構。懸置納米線指納米線在真空條件下末端被固定。典型的納米線的縱橫比在1000以上，因此它們通常被稱為一維材料。

根據組成材料的不同，納米線可分為不同的類型，包括金屬納米線，半導體納米線和絕緣體納米線。納米線均在實驗室中生產，截2014年尚未在自然界中發現。納米線可以由懸置法、沉積法或者元素合成法制得。懸置納米線可以通過對粗線的化學刻蝕得來，也可以用高能粒子（原子或分子）轟擊粗線產生。實驗室中生長的納米線分為兩種，分別為垂直于基底平面的納米線和平行于基底平面的納米線。

生產納米線的硅和氧在地殼層是常見的可持續和廉價利用的元素。實驗表明納米線可以被用于下一代計算設備，例如：通過對納米線摻雜，并對納米線交叉可以制作邏輯門。這些在小尺度下才具備的性質使得納米線被廣泛應用于新興的領域，例如納電機系統（NEMS納機電系統）。