ASML, TSMC и imec достигли интеграции транзисторов из двумерных материалов с шагом 50 нм на 300 мм

На этой неделе на Симпозиуме IEEE/JSAP 2026 по технологии и схемам VLSI компания imec, мировой лидер в исследованиях и инновациях в области передовых полупроводниковых технологий, в партнерстве с поставщиком литографических решений ASML и фабрикой TSMC представила новый, надежный и масштабируемый маршрут интеграции на основе 300 мм для nFETs и pFETs на основе 2D-материалов. Впервые удалось продемонстрировать масштабированные nFETs (с использованием MoS2 в качестве материала канала) и pFETs (на основе либо WS2, либо WSe2) с межотцентровым расстоянием полигона контактов (CPP) 50 нм, обладающие хорошими характеристиками тока-напряжения. Эти результаты представляют собой решающий шаг в переходе от лабораторных разработок к промышленному производству для транзисторов на основе 2D-материалов, которые предполагаются для сверхмасштабируемой логики, а также для применений на задней стороне подложки.Дихалькогениды переходных металлов (TMDs, такие как MoS2, WS2 и WSe2) обладают потенциалом расширить и дополнить технологическую дорожную карту масштабирования логики. При интеграции в виде атомарно тонких проводящих каналов, заменяющих кремний (Si), эти материалы обеспечивают высокопроизводительные масштабированные транзисторы — что привлекательно как для сверхмасштабируемой логики, так и для применений на задней стороне линии реализации и подложки. Их обещание основано на хорошем электростатическом контроле канала при сохранении приемлемой подвижности носителей заряда даже при сверхмасштабированных длинах затвора и канала.Однако путь к промышленному внедрению до сих пор был затруднен отсутствием маршрута интеграции 300 мм, который мог бы предложить nFETs и pFETs на основе TMDs в промышленных размерах, сохраняя при этом производительность, которая была широко продемонстрирована в лабораторных условиях. ASML, TSMC и imec представили масштабируемый подход интеграции 300 мм, совместимый с задней линией реализации (back-end), для nFETs и pFETs на основе TMDs. Это привело к трем ключевым результатам: (1) масштабированные nFETs и pFETs с межотцентровым расстоянием полигона контактов (CPP) 50 нм — это мировой рекорд; (2) очень низкий ток утечки (Ioff) при нулевом напряжении затвора (Vg=0 V) для обеих полярностей транзисторов; и (3) pFETs с каналом из WSe2, работающие почти как лучшие лабораторные устройства.Благодаря тому, что в рабочих транзисторах содержится 94% элементов (то есть при Imax/Imin >10^5), подход интеграции типа КМОП (CMOS-like) — с интегрированными nFETs и pFETs на одной подложке 300 мм — доказал свою надежность и стабильность. Предложенный технологический процесс применим к двумерным материалам каналов, отличным от MoS2, WS2 и WSe2."Транзисторы на основе 2D-материалов TMDs обычно оптимизированы для малых длин канала. Однако они обычно имеют большую контактную площадь, чтобы сохранить сопротивление контакта как можно ниже, что препятствует дальнейшему масштабированию. Впервые нам удалось достичь CPP 50 нм — показатель, определяемый как длиной затвора, так и длиной контактов истока/стока — без ухудшения производительности 2D-nFETs и 2D-pFETs. Ключевым фактором стало использование литографии EUV с одношаблонным нанесением (single-patterning), оптимизированной в тесном сотрудничестве с ASML," — пояснил Гури Санкар Кар, вице-президент imec по исследованиям и разработкам технологий вычислительных и запоминающих устройств.Масштабированные транзисторы демонстрируют хорошие характеристики тока-напряжения, при этом pFETs работают почти так же хорошо, как лучшие лабораторные устройства — что решает давнюю проблему для транзисторов на основе TMDs. Кроме того, электрические результаты показывают, что обе полярности транзисторов отключаются при установке напряжения затвора (Vg) равным 0 В. "Это идеальное поведение можно объяснить использованием инновационного процесса изготовления тонкопленочных транзисторов типа 'обратный' (reverse TFT)," — объяснил Гури Санкар Кар. "В отличие от обычных транзисторов на основе 2D-материалов, наши nFETs и pFETs имеют нижние контакты и перекрывающийся осажденный затвор. Это достигается переносом материала канала TMD на уже предварительно сформированные канавки из вольфрама (W), которые служат контактами.""Наше совместное исследование имеет решающее значение для расширения границ полупроводниковых инноваций. Основное внимание уделяется снижению рисков и ускорению перехода от 'лаборатории к фабрике', гарантируя, что прорывные открытия — особенно в этих новых материалах каналов — могут быть быстро и эффективно интегрированы в передовое производство и в конечном итоге предоставить самые современные решения," — отметил доктор Мин Као, вице-президент и технический директор TSMC."Материалы 2D TMD потенциально могут обеспечить гораздо меньшие и более производительные транзисторы, чем те, что основаны на кремнии, но устройства с каналом 2D, продемонстрированные до сих пор с использованием процессов 300 мм, на самом деле довольно большие и сформированы с помощью устаревших литографических технологий. Благодаря гораздо более высокой разрешающей способности литографии EUV, нам удалось создать транзисторы TMD с длиной канала всего 28 нм и шагом, совместимым с самыми передовыми узлами транзисторов," — добавил Этьен Де Пуартер, директор Центра технологического развития Европы ASML.