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详解先进的半导体工艺之FinFET

详解先进的半导体工艺之FinFET-FinFET称为鳍式场效晶体管(FinField-EffectTransistor;FinFET)是一种新的互补式金氧半导体(CMOS)晶体管。

FinFET称为鳍式场效晶体管(FinField-EffectTransistor;FinFET)是一种新的互补式金氧半导体(CMOS)晶体管。闸长已可小于25奈米。该项技能的发明人是加州大学伯克利分校的胡正明教授。Fin是鱼鳍的意思,FinFET命名依据晶体管的形状与鱼鳍的相似性。

发明人

该项技能的发明人是加州大学伯克利分校的胡正明(ChenmingHu)教授。胡正明教授1968年在台湾国立大学获电子工程学士学位,1970年和1973年在伯克利大学取得电子工程与计算机科学硕士和博士学位。现为美国工程院院士。2000年凭仗FinFET取得美国国防部高档研讨项目局最出色技能成就奖 (DARPAMostOutstandingTechnicalAccomplishmentAward)。他研讨的BSIM模型已成为晶体管模型的仅有世界规范,培养了100多名学生,许多学生现已成为这个范畴的大牛,曾获Berkeley的最高教育奖;于2001~2004年担任台积电的CTO。

胡正明(ChenmingHu)教授

FinFET的作业原理

FinFET 闸长已可小于25nm,未来预期能够进一步缩小至9nm,约是人类头发宽度的1万分之1。因为在这种导体技能上的打破,未来芯片规划人员可望能够将超级计算机规划成只要指甲般巨细。FinFET源自于传统规范的晶体管—场效晶体管(Field-EffectTransistor;FET)的一项立异规划。在传统晶体管结构中,操控电流经过的闸口,只能在闸口的一侧操控电路的接通与断开,归于平面的架构。在FinFET的架构中,闸口成相似鱼鳍的叉状3D架构,可于电路的两边操控电路的接通与断开。这种规划能够大幅改进电路操控并削减漏电流(leakage),也能够大幅缩短晶体管的闸长。

开展状况

在 2011年头,英特尔公司推出了商业化的FinFET,运用在其22nm节点的工艺上。从IntelCorei7-3770之后的22nm的处理器均运用了FinFET技能。因为FinFET具有功耗低,面积小的长处,台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC)等首要半导体代工现已开端计划推出自己的 FinFET晶体管,为未来的移动处理器等供给更快,更省电的处理器。从2012年起,FinFET现已开端向20纳米节点和14nm节点推动。

在一切的实践使用中,体硅和SOI晶圆具有相似的功能和本钱;可是,因为体硅FinFET器材具有更大的工艺差异性而使得制造变得更具应战性。体硅晶圆加工的高差异性使其终究产品的功能变得不行猜测。咱们发现,两种工艺计划具有相似的直流DC和沟通AC特性。与SOIFinFET比较,PN结阻隔 FinFET器材功能将会遭到寄生%&&&&&%增大5%~6%得影响。

选用PN结阻隔的体硅FinFET器材的工艺流程

与此相反,对工艺差异性的比较标明,SOIFinFET器材或许具有更好的匹配特性。在SOI工艺中,“鳍”的高度和宽度或许愈加简单操控,而体硅工艺则在制造和工艺操控方面面临着更为严峻的应战。

SOIFinFET器材和PN结阻隔体硅FinFET器材的差异性比较

SOIFinFET、体硅FinFET和平面晶体管的功能比较

在22nm技能节点阶段,对进步器材密度的希望使得FinFET器材开端具有比平面技能更为真实的优势。

首要,触摸栅极的节距必须按份额缩小到小于束缚栅constraininggate的长度,也便是要小于一切高功能晶体管的沟道长度。FinFET器材自身所具有的短沟道功能优势将能够进行上述的按份额缩小,而不会产生在平面晶体管中因为需求进行大面积沟道掺杂所引起的有害效应。

一起,对 SRAM位单元的希望已开端规则对每个独立晶体管在差异性上的要求。未掺杂的体硅FinFET器材,正如大多数要点研讨所重视的,是需求消除注入掺杂浓度的随机动摇(RDF)对器材差异性的影响,关于低作业电压的高功能SRAM位单元来说,去除这种RDF或许是必需的。

SOIFinFET和PN结阻隔体硅FinFET器材的本钱比照

SOI和体硅FinFET器材的总本钱之差(相关于总的晶圆制造本钱)

SOIFinFET因为增加了基片的本钱,使其总的器材本钱有所增加。但在大批量生产中,这种基片本钱的增量将在很大程度上能抵消因为体硅器材杂乱工艺形成的本钱增量。

把握 FinFET 技能,便是把握市场竞争力

简而言之,鳍式场效电晶体是闸极长度缩小到 20 纳米以下的要害,具有这个技能的制程与专利,才干保证未来在半导体市场上的竞争力,这也是让许多世界大厂趋之若骛的主因。值得一提的是,这个技能的发明人胡正明教授,便是梁孟松的博士论文指导教授,换句话说,梁孟松是这个技能的核心人物之一,台积电没有重用梁孟松持续研制这个技能,致使他跳糟到三星电子,让三星电子的 FinFET 制程技能在短短数年间日新月异乃至逾越台积电,这才是未来台湾半导体晶圆代工工业最大的危机,尽管台积电指控梁孟松侵权与违背竞业禁止条款取得胜诉,可是内行人都知道这是赢了体面输了里子,科技公司的人事安排、升官、办理怎么才干留住人才,值得国内相关的科技厂商做为借镜。

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