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富士通开发出32nm工艺CMOS技术 nMOS不使用金属栅极降低成本

  据日经BP社报道,富士通研究所与富士通微电子联合开发出了能够以低成本制造32nm工艺CMOS的方法。该方法只在pMOS中导入通过完全硅化(FUSI)形成的金属栅极。因追加工序而增加的成本不足1%。与45nm工艺相比,CMOS高速版的耗电量可减少20%,低电力版可减少40%。开发小组将在2008年6月17~20日于美国夏威夷举行的“2008 Symposium on VLSI Technology”上公布该成果。

  该方法中,nMOS采用的是NiSi/多结晶硅两层栅极,pMOS采用的是NiSi完全硅化栅极。追加工序数只有一个,是向nMOS和pMOS两者导入新型金属栅极材料时所需工序数的1/6。这是首次只在单侧MOS中采用完全硅化栅极,在工艺制造过程中“需要有非常丰富的经验”(富士通研究所硅技术开发研究所所长杉井寿博)。

  nMOS方面,在多结晶硅栅极中添加杂质以改变晶格常数,并对沟道进行拉伸变形,从而提高了驱动力。电源|稳压器电压为1V时的导通电流比原来增加22%,达到了1mA/μm(截止电流为100nA/μm)。pMOS方面,采用金属栅极,抑制了栅极空洞化,从而提高了驱动力。电源电压为-1V时的导通电流比原来增加10%,达到了650μA/μm(截止电流为100nA/μm)。此次,虽然栅极绝缘膜采用的是硅氧化膜,但量产时“准备采用高介电率(high-k)栅极绝缘膜”(杉井)。

  富士通之所以只在pMOS采用金属栅极,是出于在nMOS中采用金属栅极“未必是好办法”(杉井)的考量。富士通给出了这样认为的两个理由。第一,在nMOS中,栅极空洞化的影响要比pMOS小,采用金属栅极并不是必须的。第二,在nMOS中,金属栅极缓解SiN Liner膜造成的形变后,会使驱动力下降。因此,即使在nMOS中采用金属栅极,只会带来成本的上升,却难以获得与成本增加相应的性能提高。

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