鍺通道電晶體(Germanium Channel Transistor)是以鍺(Ge)取代傳統的矽(Si)作為電晶體通道材料的次世代元件技術。鍺的電子遷移率(約2倍)與電洞遷移率(約4倍)均高於矽,在相同供應電壓下也能實現高速、低功耗運作,因此被視為提升PMOS電晶體性能的有效材料而持續研究。
鍺通道在製造上的課題包括:①與矽基板晶格不匹配(4%)而產生錯配差排(misfit dislocation);②GeO₂閘極氧化層的熱不穩定性(Ge的氧化層在低溫下容易分解);③難以形成p型雜質(硼)的陡峭接面。針對這些課題,結合High-k/Metal Gate以及Si₁₋ₓGeₓ(SiGe)緩衝層技術等解決方案正在研究中。
在目前的先進FinFET製程中,於PMOS通道選擇性使用SiGe(Ge含量30~50%)的混合基板(SiGe-on-Insulator)做法已經實用化。台積電的N3/N2製程在奈米片GAA的PMOS側通道採用SiGe。作為下一步,進一步提高Ge含量,或轉向純Ge通道,正在2nm以後的節點進行評估。
在鍺上形成High-k閘極絕緣層是重要的研究主題。Ge與SiO₂/High-k之間的介面態密度比Si高,會影響臨界電壓的穩定性。目前已開發出GeO₂鈍化技術,以及先在介面夾入薄Si層再沉積High-k的Si-passivation技術。應用材料推出支援次世代通道材料的沉積與蝕刻設備。
預估未來在2nm以後的先進節點,GAA(Gate-All-Around)奈米線、奈米片結構將正式採用Ge/SiGe通道。此外,將III-V族半導體(InGaAs等)與Ge組合的CMOS結構(NMOS用InGaAs、PMOS用Ge)作為「未來的CMOS」持續研究中,英特爾與IMEC(比利時)引領先期研究。