FinFET到GAA：先進制程，先要“支棱起來”

我們都知道：

“兩點之間線段最短”、

“走直線，少走彎路”。

然而在芯片界，有時路線卻不是越短越好。

人類對便攜性的追求，讓電子產(chǎn)品越做越小，

內(nèi)部的電子部分的確是“越來越短”。

比如最初的電腦是個巨無霸，

它有18000個電子管，

占地足足170平方，重達30噸，

這樣的電腦可不是隨隨便便就可以擁有的。

為了讓人人都能用上電腦，

體積小、功耗低、更穩(wěn)定的晶體管

取代了電子管，

集成電路也隨之應運而生。

有了晶體管和集成電路，

電路的規(guī)模越來越大，

體積卻能夠越做越小。

開山之石──MOSFET

1960s，MOSFET晶體管誕生了，

譯為“金屬氧化物半導體場效應晶體管”。

它可以看作是一種平面結構的晶體管，

由三個區(qū)域組成：

源極（S）、漏極（D）和柵極（G）

MOSFET的工作原理很簡單，

柵極類似于一個控制電壓的閘門，

若給柵極G施加電壓，閘門打開，

電流就能從源極S通向漏極D；

撤掉柵極上的電壓，閘門關上，

電流就無法流過S/D極間的通道。

一個比較傳統(tǒng)的MOSFET長度大概100納米，

那怎么理解這個長度呢？

我們的頭發(fā)絲直徑大約0.1毫米，

已經(jīng)是MOSFET的1000倍了。

橫空出世──FinFET

隨著元件尺寸縮小，柵極的長度也越做越短，

當制程小于20nm時，麻煩出現(xiàn)了：

MOSFET的柵極難以關閉電流通道，

躁動的電子無法被阻攔，

漏電現(xiàn)象屢屢出現(xiàn)，功耗也隨之變高。

為了減少漏電，

胡正明教授發(fā)明了晶體管的立體結構，

他將電流通道做成很薄的豎片，

將其三面都用柵極包夾起來，

控制通道關閉的效率就高多了。

這種結構長得很像鯊魚背鰭（Fin），

因此也被稱為FinFET晶體管。

FinFET技術一路披荊斬棘，

成為了先進制造市場上的先鋒。

但當制造工藝微縮到3nm時，

漏電“魔咒”又hold不住了。

閃耀新星──GAA

既然三面包夾還在漏電，

那就四面統(tǒng)統(tǒng)包起來試試！

Gate-all-Around a.k.a GAA（全環(huán)繞柵）

是FinFET技術的終極進化版。

通過堆疊多個水平的納米線，

讓柵極包裹無死角，

精確控制電流通道，打破漏電“魔咒”。

由于GAA與FinFET技術相似度很高，

廠商在3nm制成工藝上選擇了不同的道路。

三星選擇直接上馬GAA技術，

而臺積公司則試圖深度改進FinFET。

2nm制程上巨頭們同歸殊途，

不約而同都選擇了GAA，

看來，未來能夠接棒FinFET，

提升至下一代技術的非GAA莫屬。

此外，三星設計出另一種GAA形式──

MBCFET（多橋-通道場效應管）。

多層納米片替代了GAA中的納米線，

更大寬度的片狀結構增加了接觸面，

在保留了所有原有優(yōu)點的同時，

還實現(xiàn)了復雜度最小化。

新思科技和代工廠長期緊密合作，

通過DTCO

（Design Technology Co-optimization）

創(chuàng)新協(xié)同優(yōu)化FinFET，

提供面向FinFET/GAA工藝技術的解決方案，

并積極支持更先進的新型晶體管工藝，

攜手推進半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)開拓未來。

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