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近日，中國科學(xué)院微電子研究所集成電路先導工藝研發(fā)中心，面向5納米及以下節點(diǎn)高性能和低功耗晶體管性能需求，基于主流后高K金屬柵（HKMG-last）三維FinFET器件集成技術(shù)，成功研制出高性能的負電容FinFET器件。

現有硅基晶體管受玻爾茲曼熱力學(xué)限制，室溫下亞閾值擺幅SS≥60mV/dec，阻礙了工作電壓的繼續降低。當集成電路技術(shù)進(jìn)入5納米及以下節點(diǎn)，隨著(zhù)集成度的持續增加，在維持器件性能的同時(shí)面臨功耗急劇增加的嚴重挑戰。先導中心研究員殷華湘團隊在主流后HKMG FinFET集成工藝的基礎上，通過(guò)材料工藝優(yōu)化和多柵器件電容匹配設計，結合高質(zhì)量低界面態(tài)的3納米鉿鋯金屬氧化物薄膜，研制成功性能優(yōu)異的NC-FinFET器件，實(shí)現了SS和閾值電壓回滯分別為34.5mV/dec和9mV的500納米柵長(cháng)NC-FinFET器件，以及SS和閾值電壓回滯分別為53mV/dec和40mV的20納米柵長(cháng)NC-FinFET器件。其中，500納米柵長(cháng)NC-FinFET器件的驅動(dòng)電流比常規HfO2基FinFET器件（非NC-FinFET）提升了260%且電流開(kāi)關(guān)比（Ion/Ioff）大于1x106，標志著(zhù)微電子所在新型NC-FinFET器件的研制方面取得新進(jìn)展。

上述研究結果發(fā)表在國際微電子器件領(lǐng)域期刊IEEE Electron Device Letters（DOI: 10.1109/LED.2019.2891364）上，并迅速受到國際多家研發(fā)機構的高度關(guān)注。

該項集成電路先導工藝的創(chuàng )新研究得到國家科技重大專(zhuān)項02專(zhuān)項和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等的資助。

圖：（a）負電容FinFET基本結構；

（b-c）三維器件溝道結構與鐵電HZO膜層結構；

（d-e）器件I-V與SS特性；

（f）最新器件性能?chē)H綜合對比（SS與回滯電壓越小越好）