22nm以下制程為什么要引入FinFET?

隨著芯片特征尺寸的不斷減小，傳統(tǒng)的平面MOSFET由于短溝道效應(yīng)的限制，難以繼續(xù)按摩爾定律縮小尺寸。因此，引入了FinFET，有效地解決了這個問題。FinFET成為 14 nm、10 nm 和 7 nm 工藝節(jié)點的主流的柵極設(shè)計。

什么是短溝道效應(yīng)？

在MOSFET中，當(dāng)溝道長度縮短到接近晶體管源極和漏極之間距離時，會出現(xiàn)閾值電壓降低，溝道長度變化，熱載流子效應(yīng)等不利情況。因此，在22nm以下短溝道效應(yīng)更加嚴(yán)重，因此傳統(tǒng)的MOSFET已無法勝任需求。

FinFET是什么？

FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鰭式場效應(yīng)晶體管）,是MOSFET設(shè)計的一次重大進(jìn)步。其柵極放置在溝道的兩側(cè)、三側(cè)、四側(cè)或纏繞在溝道上，形成雙柵甚至多柵結(jié)構(gòu)。如下圖：

其中，鰭（Fin）位于硅基底上方的細(xì)長豎直結(jié)構(gòu)。這個鰭形成了晶體管的溝道區(qū)域，電流會在這個區(qū)域流動。而鰭的高縱橫比增加了柵極控制溝道的表面積，可以更精確地控制電流。

源極（Source）和漏極（Drain）：圖中標(biāo)出的源極和漏極分別位于鰭的兩端。源極與漏極是晶體管的主要電極，其中源極是電流的入口，漏極是電流的出口。

柵極（Gate）：覆蓋在鰭的側(cè)面和頂部的是柵極材料，柵極可以通過電壓來控制溝道中的電流。

氧化層（Oxide）：柵極與鰭之間的氧化層起到絕緣的作用，防止電流直接從柵極流入溝道。在傳統(tǒng)的MOSFET中，這一層通常是二氧化硅（SiO2），而在FinFET設(shè)計中，這一層可以是高介電常數(shù)材料，以提高柵極電容，同時降低柵漏電流。

硅基底（Silicon Substrate）：整個FinFET結(jié)構(gòu)構(gòu)建在硅基底之上。

FinFET相對于傳統(tǒng)MOSFET的優(yōu)勢

傳統(tǒng)MOSFET是平面工藝，而FinFET 是3D工藝，其柵極從三個面控制溝道，這使它在柵極和溝道之間形成的表面積更大，可以更精確更緊密地控制電流并減少泄漏，并具有更快的開關(guān)速度。

文章來源：Tom Tom聊芯片智造