米乐m6官方网站 (AIST) 纳米电子研究所（所长：Seigo Kanemaru）硅纳米器件组的 Wataru Mizubayashi（高级研究员）和 Meishoku Masahara（组长）与 Nissin Ion Equipment Co, Ltd（总裁：Nobuo Nagai）合作，开发了一种低电阻源极/漏极形成技术，可应用于 14 纳米及以后代 finFET。

14 nm 代及以后的 finFET 的最大问题是超薄（10 nm 或更小）硅鳍上的低电阻源极/漏极形成。较低的电阻通常是通过杂质离子注入来获得的，但在鳍片部分，注入过程中出现的晶体缺陷最终导致电阻增加。由于这些晶体缺陷难以解决，结果导致难以实现低电阻。本研究开发的加热离子注入技术能够在超薄鳍片部分注入杂质离子，而不会导致晶体缺陷的产生，从而实现更低的电阻。它还显着提高了 finFET 的可靠性。所开发的技术有助于解决 14 纳米及以后代 finFET 中低电阻源极/漏极形成的问题。

这项技术的详细信息将于 2013 年 12 月 9 日至 11 日在美国华盛顿特区举行的国际电子器件会议 (IEDM) 上公布。

室温离子注入和加热离子注入的示意图，以及激活退火后超薄硅层的结晶度 在插图中，BOX 是二氧化硅 (SiO2)，如+是砷离子，BF2+是二氟化硼离子。

迄今为止，硅集成电路通过微型化作为电路中最小组件的晶体管元件，实现了日益先进的性能和集成度。这些元件的小型化还与降低成本有关，并且在小型化元件的开发中存在持续激烈的竞争。超薄鳍部分源极/漏极电阻的影响。由于电阻增加是晶体管性能下降的一个因素，因此对形成低电阻源极/漏极区域的技术有很大的需求。

AIST 一直致力于研究和开发具有称为 finFET 的新结构的晶体管。 2003年，AIST开发了能够独立栅极控制的四端finFET，并展示了其电控阈值电压（V_第) (AIST 2003 年 12 月 9 日新闻稿)。 2012年，采用非晶金属作为栅电极，而不是通常的多晶金属栅电极，以减少V的变化_第。显着降低了变异性 (AIST 新闻稿，2012 年 12 月 12 日)。目前正在进行工艺技术的研究和开发，旨在进一步提高 finFET 性能。

图 1 显示了 finFET 的示意图。当源极/漏极电阻较高时，晶体管工作时会出现明显的电压降。这会降低漏极电流，这是性能指标。实现高性能 finFET 将需要低电阻源极/漏极形成技术。形成源极/漏极的一般方法是通过离子注入杂质，然后退火以激活注入的杂质。然而，这种方法存在超薄鳍片部分的源极/漏极电阻增加的问题。

图 1：FinFET 和源极/漏极电阻的示意图

图2显示了传统室温离子注入和新开发的加热离子注入之间的比较示意图。在传统的室温离子注入的情况下，整个鳍片部分在离子注入后变成非晶层。由于实际上不存在晶体层，因此随后的活化退火会产生含有许多缺陷的晶体或多晶，其结果是电阻增加。作为即使在离子注入之后也能维持晶体层的方法，可以使用加热离子注入。虽然通过加热离子注入可以保持鳍部分的晶体层，但这种方法会比室温离子注入产生更多的缺陷。对于传统的平面晶体管，要么不发生晶体恢复，要么即使在加热离子注入后进行退火之后仍然存在缺陷，导致晶体管性能下降。因此，加热离子注入不用于平面晶体管。然而，在finFET的情况下，鳍层很薄，因此通过退火可以从鳍上去除由加热的离子注入引起的缺陷，并且可以解决残留缺陷的问题。如图2所示，当加热离子注入与FinFET一起使用时，退火消除了缺陷，从而可以恢复无缺陷的晶体，电阻因此显着降低。换句话说，加热离子注入有望实现无缺陷和低电阻的源极/漏极形成。

图 2：FinFET 源极/漏极的室温和加热离子注入示意图

在与FinFET源极/漏极制造相同的条件下对超薄硅层进行室温离子注入和加热离子注入，并检查对硅层晶态的影响（图3和图4）。首先，在室温离子注入的情况下，离子注入到21纳米硅层中导致产生11纳米非晶层（图3）。接下来，制作具有完全非晶11nm硅层的测试样品并进行退火。由于硅层中不存在作为晶体恢复所需晶种的结晶部分，因此不能发生晶体恢复，而是形成了多晶、孪晶等（图3）。这会导致源极/漏极电阻增加。

图3：室温离子注入中激活退火前后硅层的结晶度

加热离子注入在500℃的注入温度下进行。即使在离子注入之后，整个硅层仍保持结晶膜（图4）。由于晶种膜是晶体恢复所需的晶种，因此即使是11nm的超薄硅层，在退火后也确实发生了晶体恢复，并且所得的晶体膜没有缺陷。源/漏电阻，这意味着加热离子注入可以实现无缺陷和低电阻的源/漏形成。

图4：热离子注入中激活退火之前和之后硅层的结晶度

接下来，评估了加热离子注入对finFET可靠性的影响（图5）。当对栅极施加恒定电压时，通过阈值电压随时间的变化来评估可靠性。使用加热离子注入制造的finFET的阈值电压的变化小于使用室温离子注入制造的finFET的阈值电压的变化，表明可靠性增加。换句话说，可以使用加热离子注入来制造高可靠性的finFET。这些结果表明，加热离子注入是一种很有前景的 14 nm 代及后续 finFET 鳍片部分源极/漏极形成技术。

图5：进行室温离子注入或加热离子注入的FinFET中恒定电压对阈值电压的时间依赖性

未来，研究人员将优化finFET制造工艺并开发量产设备，旨在将加热离子注入应用于量产finFET制造工艺。