Imec首次在300mm晶圆片上直接生长2D材料

[今日半导体网站2018年12月11日报道]2018年是12月1日至5日，在美国加州旧金山举行的IEEE第64届国际电子器件会议（IEDM2018）上，比利时鲁汶微电子研究中心（IMEC）展示了一个300mm晶圆平台，使用2D材料制造金属-氧化物硅场效应晶体管（MOSFET）器件。

2D材料可以为器件尺寸的极端伸缩提供路径，因为它们具有原子级精度，并且几乎不受短沟道效应的影响。2D材料的其他潜在应用可能来自于将其用作后段工序（BEOL）的开关，它可以对集成流中允许的温度预设设置上限。

Imec平台集成了一个由二硫化钨（WS2）组成的晶体管沟道，这是一种2D材料，与其他大多数2D材料相比具有更高的导通电流能力和良好的化学稳定性。Imec在IEDM上的报告指出，这是首次金属有机化学气相沉积（MOCVD）在300mm晶圆片上生长WS2。MOCVD的合成方法可以在整个300mm晶圆和最高迁移率的材料上实现单层精度的厚度控制。然而，MOCVD生长的好处是以高温条件为代价的。

为了建立一个符合BEOL要求的器件集成流，沟道材料从生长衬底到器件晶圆的转移至关重要。Imec声称是第一个展示完整300mm单层2D材料转移的机构，这本身就非常具有挑战性，因为2D材料与器件晶圆的粘附性很低，而且转移的材料极薄（仅为0.7nm）。

转移过程是与德国慕尼黑附近的Garching SUSS MicroTec公司（生产光掩膜对准器、激光处理系统和晶圆粘结剂）以及美国密苏里州的Brewer Science of Roll公司（提供薄晶圆处理材料、工艺和设备）联合开发的，采用了临时粘结和脱粘技术。WS2晶圆片使用一种特殊配方的材料（来自Brewer Science）临时粘附在玻璃载体晶圆片上。然后，将WS2单层从生长晶圆片上机械剥离，并在真空中再次粘结到器件晶圆片上。载体晶圆片用激光剥离去除。这种脱粘技术是2D材料可控转移的关键技术。

Imec的超越CMOS项目主管Iuliana Radu说：“用2D材料搭建用于MOSFET器件研究的300mm平台，并开发工艺步骤生态系统，加快了这些材料的技术应用。但仍有许多挑战有待解决，目前正在进行相关的研究和发展。主要的挑战包括缩放2D材料栅极电介质的等效氧化厚度（EOT），以及降低沟道的缺陷率以提高移动性。”

Imec在先进逻辑缩放方面的研究离不开与下列公司在CMOS项目的合作：格罗方德半导体、华为、英特尔、美光、高通、三星、海力士、索尼半导体解决方案、东芝、台积电和西部数据等。（工业和信息化部电子第一研究所 刘彧宽）

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