[01497823]以半浮栅器件为代表的新结构器件的研发及产业化

报奖题目：以半浮栅器件为代表的新结构器件的研发及产业化 报奖类型：技术发明奖 参加单位：复旦大学,苏州东微、华虹宏力、上海集成电路研发中心 项目简介： 随着集成电路进入后摩尔时代,传统的MOSFET按照摩尔定律微缩日益艰难。在这种背景下,一旦有新型器件的发明和应用,就可能引起集成电路行业的重大技术变革。因此,进行具有重要应用前景的原创性新型信息器件的研究就显得格外重要。国际上对基于新结构、新材料、新原理的信息器件也展开了如火如荼的研究。 本项目的核心技术为半浮栅晶体管技术。半浮栅晶体管是一种基础微电子器件,可以在高速存储、光电传感以及高压功率等多个领域获得重大应用。比如,基于半浮栅技术的存储器单元具有读取速度很快,存储窗口大等优点。存储器单元的读写速度实测数据为0.6 ns,超过传统存储器的2-5倍,同时,由于半浮栅晶体管不需要传统电容器DRAM大电容工艺,成本可节省30%以上。 在以半浮栅晶体管为代表的原始器件创新的基础上,本项目重点发展了新结构、新原理器件在以下三方面的器件技术应用： （1）65 nm半浮栅动态随机存储器开发; （2）40 nm半浮栅高速缓存开发; （3）基于半浮栅工艺流程的功率器件及分栅超级结器件的开发。 1. 基于半浮栅器件的65 nm动态随机存储器技术 本项目研究的SFGT通过在现有的浮栅MOSFET结构上添加一个嵌入的二极管,使浮栅通过栅控二极管连接到漏极,因此可以用带间隧穿注入机理或光生载流子注入机理来分别实现快速存储功能。SFGT存储器使用了增益器件提供电流而非传统技术的电荷共享方式来读出信号,因而降低了对电容值的要求,因此SFGT存储器是一种无电容式存储器并且实现高速操作。相对传统的DRAM技术,SFGT具有高速、高密度、高兼容度等优势,它已被国外技术评价机构Frost ＆ Sullivan 评为未来DRAM技术的三种备选技术之一。 2. 基于半浮栅器件的40 nm高速缓存技术开发 具有自刷新能力的pSRAM广泛应用于CPU等一系列具有高速数据处理能力的高端芯片中,是集成电路高端芯片中的核心技术之一。但随着集成电路技术的发展,传统1T1C结构以及自刷新电路的的pSRAM面临很大的技术难度,比如阵列晶体管驱动电流太小,存储电容太小导致数据保持时间缩短,工艺越来越复杂。采用半浮栅晶体管（SFGT）及相应的自刷新电路构成的pSRAM无需电容器便可实现传统批SRAM全部功能,不但成本大幅降低,而且读写速度更快。 3. 基于半浮栅工艺流程的功率器件及分栅超级结器件的开发 基于垂直半浮栅器件的制造工艺,仅使用4层光刻版就实现了屏蔽栅器件的制造,是目前世界上最为精简的屏蔽栅器件制程。这种SFG-MOS已经实现量产,应用于新能源电机驱动、高效率电源产品上。SFG-MOS技术打破了国外的专利垄断,被应用至长虹、华硕、上海电驱动等客户的产品中。开发出分栅超级结高压器件并实现大规模量产,大大提升了开关速度,使得Si基高压器件的开关速度接近第三代半导体功率器件,优值（Figure of Merit,Rdson与Qg的乘机）超过德国英飞凌的C7系列产品,达到国际上最先进的水平。目前该系列产品被应用至创维、长虹、小米、三星、航嘉等公司的产品中,并且实现大规模出口。