IBM以标准CMOS制程打造三五族FinFET

　　整体半导体产业正在尝试找到一种方法，不需要从矽基板转换而利用砷化铟镓（InGaAs）的更高电子迁移率，包括英特尔（Intel）与三星（Samsung）；而IBM已经展示了如何利用标准CMOS制程技术来达成以上目标。

　　上个月IBM展示了一种将三五族（III-V）砷化铟镓化合物放到绝缘上覆矽（SOI）晶圆的技术，现在该公司有另一个研究团队则是声称发现了更好的方法，采用标准块状矽晶圆并制造出矽上砷化铟镓证实其可行性。

　　IBM Research先进功能材料部门经理、CMOS专家Jean Fompeyrine表示：“我们以块状矽而非SOI晶圆片着手，首先放上氧化层，然后做一个沟槽通过下面的矽晶圆；接着以其为根源长出砷化铟镓──这是可制造性非常高的程序。”

　　图中的砷化铟镓是从根源向上长出、带有许多缺陷（左），然后持续以水平方式无缺陷地跨越晶圆片生长；之后其末端以蚀刻方式去除，留下在标准矽基板（不须SOI）上埋入氧化层（buried oxide，BOX）顶部，完整的三五族材料非应变晶体电晶体通道（绿色），以及金属源极（source）、汲极（drain）以及闸极（灰色）。此外采用被氧化矽介电质层（interlayer dielectric，黄色）所包围的高K介电质（红色）

　　使用类似比利时微电子研究机构IMEC的方法，IBM的制程有个让一切都不同的转折；IMEC的长晶方法只有垂直式，但IBM是一开始垂直、然后让砷化铟镓转往水平与内向。Fompeyrine表示，IBM制程终止了在垂直晶柱生长模式过程中，造成的晶格不匹配缺陷：“我们的方法利用了限制磊晶过度生长（confined epitaxial overgrowth）──或称CELO──让砷化铟镓磊晶结构拥有非常低的缺陷度，这是超薄体（ultra-thin-body）与鳍式（fin-based）先进CMOS节点所需的。”

　　IBM展示了甚至可应用在标准矽基板FinFET上的限制磊晶过度生长（CELO）技术

　　过去IBM的研究人员是采用拥有多闸极金属氧化半导体（MOS）场效电晶体（FET）的SOI晶圆片，不过它们并非正规的FinFET，因为有太多晶格不匹配的缺陷。新的CELO制程则拥有非常低的砷化铟镓缺陷，让IBM能同时以三五族材料制作平面与鳍式FET，其高速通道是在埋入氧化层（BOX）之上。

　　Fompeyrine 表示：“其他使用长宽比捕获技术（aspect ratio trapping）的方法，像是IMEC，并非在晶圆片上长晶；而我们的CELO制程藉由沟槽中开始长晶而超前了一步。在那里有许多缺陷，但出沟槽之后长晶的方向转了九十度，成为缺陷非常少的平面长晶方向。”

　　表中显示IBM相信，藉由沉积三五族电晶体通道，最终能解决所有突出的问题（绿色）

　　CELO技术能产出闸极先上自我对准（gate-first self-aligned） FinFET，具备超越类似尺寸矽电晶体的优异电气特性；砷化铟镓FinFET有100纳米长的闸极，50奈米宽度的鳍，250奈米宽度的触点，厚度则为30奈米。因为只使用标准CMOS制程，IBM声称此三五族矽上CELO技术，拥有在先进CMOS制程节点量产的潜力。

　　编译：Judith Cheng

　　（参考原文： IBM Demos III-V FinFETs on Silicon，by R. Colin Johnson）