Imec fabs ringoscillator met GAA nanodraad-transistoren

De demonstrator laat de enorme belofte zien die deze technologie bevat voor het realiseren van sub-5nm-technologieknooppunten.
Gate-all-around (GAA) MOSFET's op basis van verticaal gestapelde horizontale nanodraden of nanoplaten zijn veelbelovende kandidaten om FinFET's te slagen in sub-5nm-technologieknooppunten, waardoor de CMOS-technologie van vandaag de schaallimiet overschrijdt.

Deze innnovatieve transistorarchitectuur biedt een agressievere gate pitch-schaalvergroting dan FinFET's omdat het een betere elektrostatische controle realiseert. Bovendien bieden nanosheets in zeer geschaalde standaardcellen waar slechts één vinapparaat is toegestaan, meer stroom per footprint dan vinnen en kunnen dus hogere capacitieve belastingen genereren. Ten slotte maakt de integratie van nanobladapparaten met variabele breedten op een enkel platform stroom- / prestatie-optimalisatie mogelijk met hoge granulariteit.
Zoals met elke disruptieve innovatie, eist deze nieuwe architectuur procesoptimalisaties en een team van onderzoekers van Imec en Applied Materials hebben meerdere optimalisaties getoond voor de fabricage van gestapelde silicium nanowire en nanosheet FET's.

De eerste procesoptimalisatie is de implementatie van een SiN Shallow Trench Isolation (STI) liners die oxidatie-geïnduceerde vinvervorming onderdrukt en de vormcontrole van de nanodraad of nanoschijf verbetert.

Ten tweede werd Selectra-etch gebruikt om nanodraad / nanoscheideafgifte en binnenste spacerholtevorming mogelijk te maken met hoge selectiviteit en zonder siliciumretlow te veroorzaken. Ten slotte werden voor de eerste keer ringoscillatorcircuits gerapporteerd op basis van gestapelde silicium nanodraad-FET's, inclusief metalen poorten met dubbele functie voor drempelspanningsregeling.
Imec heeft ook een onderzoek gepresenteerd naar de betrouwbaarheid van GAA-nanodraden, waaruit blijkt dat de degradatiemechanismen en hun oorsprong vergelijkbaar zijn als die in vlakke apparaten.

Het modelleren van de degradatie inclusief CHC-modi (CHC) met verschillende kanalen en positieve bias-temperatuurinstabiliteit (PBTI) maakt een extrapolatie tot een levensduur van 10 jaar mogelijk in de ruimte met volledige bias.

Het verkregen veilige werkgebied (SOA) werd gebruikt om de werking van het apparaat te optimaliseren. Een extra degradatiemechanisme waarmee rekening moet worden gehouden, is zelfverhitting, wat erg belangrijk is in dergelijke beperkte structuren.

Tot slot, in een onderzoek naar ESD-diodes in sub-7nm GAA nanowire-technologieknooppunten, heeft imec bewezen dat de prestaties van de diodes aanzienlijk worden beïnvloed door enkele van de procesopties en dat optimalisaties nodig zijn, zoals een wrap-around contact (WAC) dat kan toenemen contactgebied in een geschaalde fin-pitch en kan worden gecombineerd met GAA.