二维材料，关键突破，替代硅倒计时？

文章摘要

【关 键 词】 二维材料、晶体管、半导体、集成电路、极紫外

imec联合ASML与台积电共同展示了一种新型且可扩展的300毫米集成方案，用于制造基于二维过渡金属二硫化物材料的n型和p型场效应晶体管。该方案首次成功演示了接触多晶硅间距为50纳米的二维材料晶体管，标志着此类器件从实验室向工业化晶圆厂转化迈出关键一步。二维材料作为原子级薄的导电沟道，即使在超微缩的栅极和沟道长度下也能保持良好的静电控制，在超小型逻辑电路及后端工艺中展现出替代硅材料的巨大潜力，但此前一直缺乏符合工业实际尺寸且能保持实验室性能的300毫米集成方案。

为突破这一工业化瓶颈，研发团队引入了单次曝光极紫外光刻技术以及创新的反向薄膜晶体管制造工艺。通过将二维沟道材料转移到预先图案化并填充钨的沟槽上作为底部电极，并重叠沉积栅极，实现了器件尺寸的有效缩小与性能的优化。电学测试结果表明，在零栅极电压下，两种极性的晶体管均能实现极低的关断电流。其中，采用二硒化钨沟道的p型晶体管不仅具备更陡的亚阈值摆幅，其整体性能更是接近实验室器件的最高纪录，有效解决了二维材料晶体管长期面临的技术挑战。

该类似互补金属氧化物半导体的集成方案在300毫米晶圆上实现了高达94%以上的晶体管工作率，充分证明了将n型和p型晶体管集成在同一晶圆上的良好鲁棒性与高度可重复性。这一成果不仅验证了极紫外光刻技术在缩小接触点间距方面的关键作用，还表明所提出的工艺流程可广泛适用于多种二维沟道材料。此项合作研究大幅降低了新技术的风险，加速了新型沟道材料向先进制造工艺的集成，为后硅时代的微缩工艺、后端集成以及晶圆背面应用提供了极具前景的解决方案。

原文和模型

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【原文作者】 半导体行业观察
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【摘要评分】 ★★★★☆

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