我们都知道:
“两点之间线段最短”、
“走直线,少走弯路”。
然而在芯片界,有时路线却不是越短越好。
人类对便携性的追求,让电子产品越做越小,
内部的电子部分的确是“越来越短”。
比如最初的电脑是个巨无霸,
它有18000个电子管,
占地足足170平方,重达30吨,
这样的电脑可不是随随便便就可以拥有的。
为了让人人都能用上电脑,
体积小、功耗低、更稳定的晶体管
取代了电子管,
集成电路也随之应运而生。
有了晶体管和集成电路,
电路的规模越来越大,
体积却能够越做越小。
开山之石──MOSFET
1960s,MOSFET晶体管诞生了,
译为“金属氧化物半导体场效应晶体管”。
它可以看作是一种平面结构的晶体管,
由三个区域组成:
源极(S)、漏极(D)和栅极(G)
MOSFET的工作原理很简单,
栅极类似于一个控制电压的闸门,
若给栅极G施加电压,闸门打开,
电流就能从源极S通向漏极D;
撤掉栅极上的电压,闸门关上,
电流就无法流过S/D极间的通道。
一个比较传统的MOSFET长度大概100纳米,
那怎么理解这个长度呢?
我们的头发丝直径大约0.1毫米,
已经是MOSFET的1000倍了。
横空出世──FinFET
随着元件尺寸缩小,栅极的长度也越做越短,
当制程小于20nm时,麻烦出现了:
MOSFET的栅极难以关闭电流通道,
躁动的电子无法被阻拦,
漏电现象屡屡出现,功耗也随之变高。
为了减少漏电,
胡正明教授发明了晶体管的立体结构,
他将电流通道做成很薄的竖片,
将其三面都用栅极包夹起来,
控制通道关闭的效率就高多了。
这种结构长得很像鲨鱼背鳍(Fin),
因此也被称为FinFET晶体管。
FinFET技术一路披荆斩棘,
成为了先进制造市场上的先锋。
但当制造工艺微缩到3nm时,
漏电“魔咒”又hold不住了。
闪耀新星──GAA
既然三面包夹还在漏电,
那就四面统统包起来试试!
Gate-all-Around a.k.a GAA(全环绕栅)
是FinFET技术的终极进化版。
通过堆叠多个水平的纳米线,
让栅极包裹无死角,
精确控制电流通道,打破漏电“魔咒”。
由于GAA与FinFET技术相似度很高,
厂商在3nm制成工艺上选择了不同的道路。
三星选择直接上马GAA技术,
而台积公司则试图深度改进FinFET。
2nm制程上巨头们同归殊途,
不约而同都选择了GAA,
看来,未来能够接棒FinFET,
提升至下一代技术的非GAA莫属。
此外,三星设计出另一种GAA形式──
MBCFET(多桥-通道场效应管)。
多层纳米片替代了GAA中的纳米线,
更大宽度的片状结构增加了接触面,
在保留了所有原有优点的同时,
还实现了复杂度最小化。
新思科技和代工厂长期紧密合作,
通过DTCO
(Design Technology Co-optimization)
创新协同优化FinFET,
提供面向FinFET/GAA工艺技术的解决方案,
并积极支持更先进的新型晶体管工艺,
携手推进半导体产业持续开拓未来。
原文标题:FinFET到GAA:先进制程,先要“支棱起来”
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