最近比較火的半導體工藝：FinFET簡介第1期

FinFET

FinFET簡介

FinFET稱為鰭式場效電晶體(FinField-EffectTransistor；FinFET)是一種新的互補式金氧半導體(CMOS)電晶體。

閘長已可小於25奈米。

該項技術的發明人是加州大學伯克利分校的胡正明教授。

Fin是魚鰭的意思，FinFET命名根據電晶體的形狀與魚鰭的相似性。

發明人

該項技術的發明人是加州大學伯克利分校的胡正明（ChenmingHu）教授[1]。

胡正明教授1968年在台灣國立大學獲電子工程學士學位，1970年和1973年在伯克利大學獲得電子工程與計算機科學碩士和博士學位。

現為美國工程院院士。

2000年憑藉FinFET獲得美國國防部高級研究項目局最傑出技術成就獎（DARPAMostOutstandingTechnicalAccomplishmentAward）。

他研究的BSIM模型已成為電晶體模型的唯一國際標準，培養了100多名學生，許多學生已經成為這個領域的大牛，曾獲Berkeley的最高教學獎；於2001~2004年擔任台積電的CTO。

英特爾公布的FinFET的電子顯微鏡照片

工作原理

FinFET閘長已可小於25納米，未來預期可以進一步縮小至9納米，約是人類頭髮寬度的1萬分之1。

由於在這種導體技術上的突破，未來晶片設計人員可望能夠將超級計算機設計成只有指甲般大小。

FinFET源自於傳統標準的電晶體—場效電晶體(Field-EffectTransistor；FET)的一項創新設計。

在傳統電晶體結構中，控制電流通過的閘門，只能在閘門的一側控制電路的接通與斷開，屬於平面的架構。

在FinFET的架構中，閘門成類似魚鰭的叉狀3D架構，可於電路的兩側控制電路的接通與斷開。

這種設計可以大幅改善電路控制並減少漏電流(leakage)，也可以大幅縮短電晶體的閘長。

[2]

發展狀態

在2011年初，英特爾公司推出了商業化的FinFET，使用在其22納米節點的工藝上[3]。

從IntelCorei7-3770之後的22納米的處理器均使用了FinFET技術。

由於FinFET具有功耗低，面積小的優點，台灣積體電路製造股份有限公司（TSMC）等主要半導體代工已經開始計劃推出自己的FinFET電晶體[4]，為未來的移動處理器等提供更快，更省電的處理器。

從2012年起，FinFET已經開始向20納米節點和14納米節點推進。

FinFET和普通CMOS的區別

CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），互補金屬氧化物半導體，電壓控制的一种放大器件。

是組成CMOS數字集成電路的基本單元。

在計算機領域，CMOS常指保存計算機基本啟動信息（如日期、時間、啟動設置等）的晶片。

有時人們會把CMOS和BIOS混稱，其實CMOS是主板上的一塊可讀寫的RAM晶片，是用來保存BIOS的硬體配置和用戶對某些參數的設定。

在今日，CMOS製造工藝也被應用於製作數碼影像器材的感光元件，尤其是片幅規格較大的單反數位相機。

SOI和體矽FinFET的比較

本文比較了SOI和體矽FinFET器件在性能、加工工藝及其成本上的差異。

如果要使SOI和體矽的FinFET器件具有相類似的性能，體矽FinFET器件的製備流程將更為複雜。

在SOI晶圓上，氧化埋層隔離了分立的電晶體，而在體矽器件中，隔離作用則必須通過晶圓工藝來形成。

我們將證明，由於體矽FinFET工藝更為複雜，使得器件的差異性達到SOI的140%～160%，並會對製造和工藝控制產生嚴峻的挑戰。

雖然SOI基片更為昂貴一些，但更為複雜的體矽FinFET工藝成本的增加大體上已抵消了這部分開銷，從而使得在大批量生產時其成本能與體矽工藝大體上相當。

HoracioMendez,SOIIndustryConsortium,Austin,Texas,USA;DavidM.Fried,IBM,EastFishkill,NYUSA;SrikanthB.Samavedam,FreescaleSemiconductor,EastFishkill,NYUSA;ThomasHoffmann,IMEC,Leuven,Belgium;Bich-YenNguyen,Soitec,Austin,Texas,USA

當半導體業界向22nm技術節點挺進時，一些製造廠商已經開始考慮如何從平面CMOS電晶體向三維（3D）FinFET器件結構的過渡問題。

與平面電晶體相比，FinFET器件改進了對溝道的控制，從而減小了短溝道效應。

平面電晶體的柵極位於溝道的正上方，而FinFET器件的柵極則是三面包圍著溝道，能從兩邊來對溝道進行靜電控制。