纳米尺度硅基集成电路新器件与新工艺研究
项目简介
“纳米尺度硅基集成电路新器件与新工艺研究”项目由北京大学承担完成。本成果依托973和国家自然科学基金重点项目，面向纳米尺度硅基集成电路不同技术代和不同电路应用要求的诸多挑战，从新型器件结构与制备工艺、可靠性、器件与工艺模拟软件等方面开展了系统深入的研究，发明了多种面向不同应用和不同集成电路技术代的新器件及新工艺，基于这些创新成果，获得了适于纳米尺度IC的成套新器件与工艺技术，建立了纳米尺度集成电路器件与工艺研发平台。相关技术进入到国际研发前列，在国内外半导体公司得到应用。
共申请53项发明专利，其中26项发明专利已经授权；在该领域发表学术论文315篇，包括IEEE TED/EDL等本领域水平期刊上的论文21篇，被SCI收录122篇，EI收录211篇，使我国微电子器件领域的研发实力和国际影响力得到提升。
获得的主要技术发明点主要集中在新器件及新工艺、器件可靠性评测技术、模型模拟等方面，均属于微电子学与固体电子学学科。具体如下：
1.发明了新型侧墙和多晶硅固相扩散制作纳米CMOS器件的方法(ZL02146376.X)。通过提出新型侧墙转移技术来制作多晶硅栅，在加工线条不受光刻限制的同时解决了刻蚀对栅氧化层的损伤、栅边缘粗糙等问题，已经为北京中科信电子装备公司研制的“100nm大角度离子注入机”完成了关键的工艺检测以及纳米尺度器件验证，为该注入机最终定型发挥了重要作用。
2.发明了新型准SOI器件及兼容性良好的工艺集成技术（ZL 200410049912.4、ZL 200410101391.2）。该器件兼具超薄体SOI和体硅器件的优势，同时克服了两者的不足。已被韩国三星半导体公司用于相关器件研究。
3.发明了提升源漏局域SDOI/SDON新器件结构、氢氦联合注入制备SON材料新工艺及基于此工艺的SDON/SDOI器件集成技术(ZL03149753.5，ZL03100823.2，ZL03131044.3)，解决了超薄体SOI器件的瓶颈问题，已应用于三星半导体公司器件研究。
4.发明了AGLDD垂直双栅MOS器件及兼容性良好的工艺集成技术(ZL 200410009282.8、ZL02129385.6、ZL02129384.8)。该器件在降低漏电、增强器件可靠性的同时，还可降低器件串联电阻，提高器件驱动能力，已研制出当时国际上最小沟道长度的32nm垂直沟道器件，作为储备技术，与SMIC公司进行了专利权共享。
5.发明了基于MILC和高温退火技术的自对准平面双栅MOS晶体管制备技术及基于平面双栅器件的三维集成技术(ZL 03137771.8，ZL03137743.2，ZL200410009317.8），其中平面双栅技术解决了顶栅和底栅自对准问题，自对准三维集成技术可显著减小单元电路的面积，改善电路性能作为储备技术，与SMIC公司进行了专利权共享。
6.发明了面向混合信号/射频应用的新型SOC隔离工艺(ZL2004 1 0009631.6)，可有效抑制衬底串扰，提高集成电感和相应射频集成电路性能，已用于英特尔公司相关技术研究，成为一个重要组成部分。
7.发明了一套有自主知识产权的半导体可靠性测试分析系统(ZL 00 1 00121.3)，其核心技术是比例差值谱取样技术，已经通过国家计量单位检验，具有良好的推广应用价值，已用于中芯国际公司90nm CMOS工艺技术开发中的可靠性评估，发挥了关键作用。
8.发明了基于原子模型的高速模拟算法，开发了有自主知识产权的基于分子动力学的低能离子注入的模拟软件和基于动力学蒙特卡洛方法的高温退火工艺模拟软件(ZL 03153740.5、ZL03109609.3)，解决了超浅结退火工艺模拟的一个关键难题。该软件已在中芯国际和富士通公司得到应用，对中芯国际公司
9.建立了面向SOC应用的可伸缩的射频集成电感解析模型，解决了目前通过传统的参数提取和数值拟合方法建立电感模型存在的诸多问题。该模型已用于中芯国际公司混合信号/射频工艺的研发和新型无源元件设计，申请发明专利200410009629.9，200310115454.5。
10.发明了电学感应源漏扩展区、新材料源漏区、组合栅MOS晶体管等五种新结构器件(ZL03142614.X、ZL03105084.0、ZL03105085.9、ZL03104666.5、ZL 98 1 00228.5），扩展了应用领域。
上述成果为我国下一代(45nm及以下)集成电路技术自主发展提供了重要的技术基础；成果在北京中科信电子装备公司和中芯国际半导体制造公司得到应用，并且部分被国际半导体公司（三星、Intel、富士通）采用，表明相关工作进入国际前沿。所有授权专利，除专利ZL 03109609.3与国际半导体公司—富士通公司共享外，其余25项授权专利均与我国最大的进的半导体制造公司—中芯国际公司共享，对构建具有我国自主知识产权的IC技术专利库起到很好的推动作用，促进了我国有自主知识产权的新一代集成电路技术的发展。
项目水平
由于器件结构、材料以及工作机理等诸多方面的严重限制，目前传统的平面栅结构器件将无法满足集成电路技术代尺寸继续缩小的要求，必须在新结构器件和新的工艺加工技术方面寻求突破。国际研究十分活跃，但最终会选用哪一种结构还未有定论。我们从器件工艺的可集成性出发展开系统深入的研究。发表学术论文315篇，包括IEEE TED/EDL等本领域水平期刊上的论文21篇。我们的成果部分被国际半导体公司（三星、Intel、富士通）采用，这些都表明我们的相关研究工作已进入国际前沿。获得发明专利授权26项，成果在北京中科信电子装备公司和我国最大进中芯国际半导体制造公司得到应用，使研究成果成为核心竞争力，对发展纳米尺度集成电路技术具有重要的特殊意义。
项目创新点
1. 研发出了系列纳米尺度新结构器件和集成化工艺技术
1）新型栅/源漏技术
2）兼具SOI和体硅技术优势的准SOI器件结构
3）可有效抑制漏电的非对称垂直双栅器件
4）基于MILC 高温退火的平面双栅器件及三维CMOS集成技术，解决了自对准双栅的难题
5）多栅MOS新器件结构和工艺技术，得到同类器件开关比值
6）新型隔离工艺及无源元件技术，解决了衬底损耗和衬底串扰难题，获得了目前FOUNDRY无法达到的品质因子
2. 面向纳米尺度器件结构开发的多层次多维度、包括量子效应和非稳态输运的半导体器件模拟软件，被 三星公司采用；开发的超浅结工艺的原子级MD超低能离子注入和KLMC退火模拟软件，解决了模拟BED和TED的难题。在中芯国际和富士通公司得到应用。
3. 发明了比例差值谱取样技术及微尺度器件可靠性分析技术，研制了微尺度器件可靠性测试分析系统，解决了在线获取和区分陷阱参数的难题，在中芯国际公司90nm工艺开发中应用。
项目社会经济效益
本成果在北京中科信电子装备公司和中芯国际半导体制造公司得到直接应用，部分成果为三星公司、富士通公司、INTEL公司等国际半导体公司提供了技术服务，获得的直接经济效益共1025.3万元。
我们获得的自主知识产权技术对构建我国集成电路制造核心技术专利库起到重要的推动作用,专利成果已经在国内半导体公司得到应用，为我国集成电路产业的发展作出了贡献；培养微电子学科发展的后备力量和集成电路产业急需的人才；发表了大量学术论文，在国际学术会议上作了9次特邀报告，提高了我国在相关领域的国际影响力。
本成果为我国集成电路产业进一步自主发展、升级换代提供了良好的技术基础、知识产权储备和人才资源，扭转了我国在硅基纳米尺度新结构器件与工艺领域的被动局面，与国际先进的一流半导体公司在同一起点上共同研发新一代集成电路技术，对我国纳米集成电路产业具有重要意义。随着集成电路技术代的继续发展，相关成果的社会效益还将进一步显现。
项目承担单位：北京大学
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邮编：100871
邮箱：webmaster@pku.edu.cn
网址：http://www.pku.edu.cn
项目提供单位：北京市奖励办
地址：西直门南大街16号北楼104
邮编：100035
电话：66186832 66188227