文章摘要
【关 键 词】 3D集成、硅通孔、单晶器件、垂直CMOS、M3D技术
随着电子元件三维（3D）集成需求的增长，硅通孔（TSV）技术成为连接3D格式单晶器件的唯一可行方法。然而，无需中间晶圆的单晶器件无缝连接仍然是一个挑战。本文介绍了一种在非晶态和多晶态表面上生长单晶沟道材料的方法，生长温度低至385°C，足以保护底层电子元件。利用这一技术，研究人员展示了垂直单晶逻辑晶体管阵列的无缝单片集成，并开发出前所未有的垂直互补金属氧化物半导体（CMOS）阵列。
三维电子器件的集成已成为现代电子工业的重要方面，因为垂直排列芯片可以显著减少集成电路中的电阻电容（RC）延迟，降低功耗并提高数据交换效率。单片3D（M3D）集成是最简洁、最有效的电子设备连接方法。传统的3D集成技术通常保留硅晶圆并使用TSV方法，但存在挑战，如昂贵的钻孔工艺、芯片错位以及用TSV交换宝贵的芯片空间。
本文提出的3D制造方法在涂有非晶氧化物层的硅晶片上以385°C的温度生长单晶沟道材料，实现了基于生长的单晶通道材料的M3D集成。研究人员采用二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）作为沟道材料，因为它在低于400°C的温度下具有强大的M3D集成潜力。通过受限选择性生长，研究人员在非晶绝缘层上成功生长单晶MoS2和WSe2。
与典型的TMD生长温度（700°C至900°C）相比，本文的成核策略可将外延温度降低约50%，为实现基于生长的单晶M3D提供了机会。通过充分利用生长技术，研究人员展示了基于TMD的单晶垂直CMOS，也称为互补FET（CFET）或3D堆叠FET（3DS FET），通过在基于WSe2的pMOS顶部成功生长单晶MoS2 n型沟道而不会造成损坏。
总之，本文成功展示了一种通过在低于400°C的温度下生长来在非晶或多晶夹层之间排列单晶半导体的方法。该技术实现了nMOS和pMOS的垂直无缝单片集成，从而产生了可操作的垂直反相器。这种无缝M3D方法的发现特性可以同样用于高效构建现代电子和光电元件的3D结构。
原文和模型
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【原文作者】 半导体行业观察
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