ИТ-домой Согласно новостям от 19 июня, Бельгийский исследовательский центр микроэлектроники (imec) вместе с ASML и TSMC объявил, что они успешно интегрировали дополнительные транзисторы n-типа и p-типа, используя двумерные (2D) каналы материала на атомном уровне на 300-миллиметровой пластине, и достигли шага контактного затвора 50 нм (CPP, Poly-pitch) на расстоянии от контактируемого транзистора до другого поли.
Исследовательская группа заявила, что впервые такая интеграция двумерных КМОП высокой плотности была достигнута на стандартной 300-миллиметровой пластине, что еще больше продвинуло двумерные полупроводники в приложения логических чипов в посткремниевую эпоху.
По имеющимся данным, это наименьший шаг, который был публично достигнут до сих пор для двумерных дополнительных устройств и который вошел в сферу нынешних основных кремниевых процессов. Для справки: 10-нм узел Intel имеет контактный затвор 54 нм.
Результаты были объявлены на этой неделе на симпозиуме IEEE/JSAP VLSI Technology and Circuits Symposium.
Исследовательская группа использовала однократное воздействие литографии в крайнем ультрафиолете (EUV), чтобы достичь кратчайшей длины канала 28 нм. imec заявил, что 94% встроенных транзисторов на пластине могут нормально переключаться, а коэффициент переключения тока (соотношение включения/выключения) превышает 100 000. Среди них в транзисторах n-типа в качестве материала канала используется дисульфид молибдена (MoS₂), а в транзисторах p-типа — диселенид вольфрама (WSe₂) или дисульфид вольфрама (WS₂). Толщина этих материалов находится только на атомном уровне, что позволяет затвору контролировать канал гораздо лучше, чем кремниевые нанолисты толщиной в несколько нанометров. Поскольку длина затвора продолжает сокращаться, ожидается, что переключение будет завершено при более низком напряжении.
Двумерные дихалькогениды переходных металлов (ДМД) изучаются уже много лет, а с конца 2010-х годов imec производит экспериментальные транзисторы на основе MoS₂. Успех в этом достижении обусловлен не новыми материалами, а одновременной интеграцией двумерных транзисторов n-типа и p-типа в стандартный процесс производства 300-миллиметровых пластин вместо простого изготовления одного устройства или использования меньшего интервала фотолитографии, как раньше.
По словам исследователей, минимальная активная ширина двумерного транзистора, продемонстрированная на этот раз, достигла 75 нм, а толщина соответствующего оксидного слоя близка к 2 нм. Обе полярности устройства могут быть полностью выключены, когда напряжение на затворе равно нулю. Среди них производительность транзисторов p-типа WSe₂ близка к лучшему на данный момент лабораторному уровню, что еще больше сокращает давний разрыв в производительности устройств p-типа в двумерных КМОП.
Контактное сопротивление долгое время было препятствием номер один на пути миниатюризации двумерных транзисторов. Поскольку двумерный канал чрезвычайно тонкий, сам канал имеет ограниченную способность проводить ток, а граница между металлическим контактом и двумерной пленкой часто образует высокий барьер Шоттки, еще больше ограничивающий ток. Чтобы уменьшить контактное сопротивление, лабораторные устройства в прошлом в основном компенсировали это сохранением большой площади контакта, но это, в свою очередь, блокировало пространство из-за уменьшенного расстояния, которое можно описать как «одно ребро заблокировано с обоих концов».
Чтобы решить эту дилемму, совместная команда изменила традиционную производственную последовательность: сначала изготовили контактные канавки, заполненные вольфрамом, в заранее определенных местах, затем перенесли на них материал двумерных каналов и, наконец, нанесли захватывающий электрод.
imec называет этот процесс «обратным тонкопленочным транзистором» и утверждает, что структура нижних контактов помогает достичь лучших характеристик выключения, позволяя полностью выключать транзисторы как n-типа, так и p-типа, когда напряжение на затворе равно нулю.
Гури Санкар Кар, вице-президент по исследованиям и разработкам вычислительных и запоминающих устройств компании imec, заявил: «Впервые мы достигли 50-нанометрового CPP, не влияя на производительность двумерных полевых транзисторов n- и p-типа — этот показатель определяется как длиной затвора, так и длиной контакта истока-стока». Он также сказал, что единственный процесс EUV-литографии, использованный на этот раз, был разработан совместно imec и ASML.
Исследовательская группа отметила, что используемая здесь машина EUV-литографии имеет только стандартную числовую апертуру 0,33, без необходимости EUV с высокой числовой апертурой или многократной экспозиции, а длина канала 28 нм и шаг 50 нм полностью находятся в пределах ее диапазона разрешения.
ASML заявила, что причина, по которой некоторые предыдущие демонстрации двумерных транзисторов на 300-миллиметровых пластинах имели большую длину канала, заключалась именно в том, что они опирались на более старую технологию фотолитографии, а преимущество EUV в разрешении напрямую способствовало уменьшению длины канала.
В последние годы многие учреждения продолжают продвигать двумерные исследования полупроводников. Intel также ранее сотрудничала с imec для проведения двумерных исследований материалов 300-миллиметровых пластин, а Samsung продемонстрировала технологию выращивания монокристаллических пластин MoS₂. В то же время исследовательские группы университетов создали однослойные MoS₂-транзисторы с шагом затвора, близким к 1 нм. Результаты imec, ASML и TSMC впервые сочетают в себе взаимодополняющую интеграцию n-типа и p-типа, единую EUV-литографию и стандартные процессы пластин диаметром 300 мм, а также позволяют достичь расстояния между транзисторами, близкого к передовым узлам кремниевого процесса.
Согласно планам imec и Международной дорожной карте устройств и систем (IRDS), двумерные полупроводниковые каналы считаются важным направлением развития после комплементарных полевых транзисторов (CFET, 3D stacking). По сравнению с кремниевыми нанолистами толщиной в несколько нанометров, двумерный канал толщиной менее 1 нм может обеспечить более сильные возможности управления затвором, тем самым поддерживая более низкое рабочее напряжение и транзисторы меньшего размера.
imec прогнозирует, что CFET появится примерно в 2033 году, а двумерные полупроводниковые каналы могут начать применяться ближе к 2041 году; Дорожная карта IRDS предсказывает, что двумерные каналы вступят в стадию индустриализации уже в 2034 году, при размере узла примерно 0,7 нм.
IT Home напоминает, что согласно действующей дорожной карте отрасли, ожидается, что 2D-полупроводникам потребуется много времени, чтобы начать массовое производство высокопроизводительных логических микросхем. На начальном этапе его, скорее всего, сначала будут использовать во внутренних устройствах или внутренних процессах. Однако этот результат доказал, что комплементарные 2D-транзисторы можно интегрировать при больших объемах производства. Фокус последующей работы больше сместится на сам производственный процесс.
Связанное чтение:
Отказ от ответственности: внешние ссылки перехода (включая, помимо прочего, гиперссылки, QR-коды, пароли и т. д.), содержащиеся в статье, используются для передачи дополнительной информации и экономии времени выбора. Результаты предназначены только для справки. Это утверждение содержится во всех статьях IT House.
