imec展示单片式CFET功能组件 成功垂直堆栈金属接点

于本周举行的2024年IEEE国际超大规模集成电路技术研讨会（VLSI Symposium）上，比利时微电子研究中心首次展示了具备电性功能的CMOS互补式场效晶体管组件，该组件包含采用垂直堆栈技术形成的底层与顶层源极／汲极金属接点（contact）。虽然此次研究的成果都在晶圆正面进行接点图形化，不过imec也展示了改从晶圆背面处理接点图形的可行性—这能大幅提升顶层组件的存活率，将其从11%提升到79%。

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CMOS互补式场效晶体管组件搭配中间介电层（MDI）以及从晶圆正面进行图形化的堆栈接点（TC为顶层金属接点，TJ为顶层异质接面，BC为底层金属接点，BJ为底层异质接面）。

imec所规划的逻辑技术蓝图预计将在7埃米（A7）的技术节点引进CFET组件结构。利用辅助的先进布线技术，CFET可望把标准单元的轨道高度从5轨降到4轨，甚至更低，同时确保组件的性能无损。在用来垂直堆栈nMOS与pMOS组件的不同做法中，单片式整合与现有的奈米片制程相较，属于最不具破坏性的技术。

在2024年IEEE国际超大规模集成电路技术研讨会上，imec首次展示具备底／顶两层堆栈接点的单片式CFET功能组件。这些CFET组件以18奈米的闸极宽度进行整合，闸极间距为60奈米，n型与p型组件的垂直距离为50奈米。测试组件验证了这款组件的电气性能，该测试组件包含共享一个闸极的n型与p型场效晶体管，以及从晶圆正面进行连接的顶层与底层金属接点。

imec所提出的这套制程包含两个CFET专用模块：中间介电隔离层（middle-dielectric isolation，以下简称为MDI）、底层与顶层堆栈接点。

中间介电层（MDI）是imec领先开创的制程模块，用来隔离顶层及底层闸极，并区分n型与p型组件的临界电压值。MDI模块的设计基础是针对CFET组件的「主动式」硅／硅锗（SiGe）多层堆栈进行调整；这套模块可以实现内衬层的共整合—内衬层是奈米片结构的特有特色，用来隔绝闸极与源极／汲极。

比利时微电子研究中心（imec）CMOS组件技术计划主持人Naoto Horiguchi表示：「我们采用了中间介电层优先（MDI-first）的做法，在制程控制方面取得最佳成果，也就是在进行源极／汲极蚀刻之前，在奈米片与中间介电层（MDI）之间『劈开』通往通道侧壁的空间，然后进行源极／汲极的磊晶成长。运用一种搭配『原位覆盖技术（in-situ capping）』的创新方法，在蚀刻源极／汲极时就能保护闸极硬光罩／闸极隙壁，实现中间介电层优先（MDI-first）制程。」

第二个关键模块是以垂直堆栈的方式来制出组件底层及顶层的源极／汲极接点，并在垂直方向实现介电隔离。主要的步骤包含：底层接点在填充金属之后重新蚀刻，接着填充介电材料，然后再次蚀刻，与处理MDI堆栈的状况相同，这些过程都是在相同尺寸的有限空间下进行。

Naoto Horiguchi表示：「在研究从晶圆正面来连接组件底层接点时，我们面临了许多挑战，这些挑战影响了底层接点的电阻，还限制了顶层源极／汲极组件制造的制程操作容许范围（process window）。在2024年VLSI会议上，我们展示了把底层接点制程转移到晶圆背面进行的可行性，尽管这会需要多做几个步骤来处理晶圆接合及薄化，但是顶层组件的存活率从11%攀升到79%，这能吸引业界考虑从晶背处理底层接点的制程方案。目前的研究还在努力找出最佳的接点布线技术。」