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FinFET到GAA:先進制程,先要“支棱起來”

新思科技 ? 來源:未知 ? 2023-06-05 02:35 ? 次閱讀

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。

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人類對便攜性的追求,讓電子產品越做越小,

內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。

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為了讓人人都能用上電腦,

體積小、功耗低、更穩定的晶體管

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,

電路的規模越來越大,

體積卻能夠越做越小。

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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。

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一個比較傳統的MOSFET長度大概100納米,

那怎么理解這個長度呢?

我們的頭發絲直徑大約0.1毫米,

已經是MOSFET的1000倍了。

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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,

漏電現象屢屢出現,功耗也隨之變高。

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為了減少漏電,

胡正明教授發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。

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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,

那就四面統統包起來試試!

Gate-all-Around a.k.a GAA(全環繞柵)

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”。

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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點的同時,

還實現了復雜度最小化。

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新思科技和代工廠長期緊密合作,

通過DTCO

(Design Technology Co-optimization)

創新協同優化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,

攜手推進半導體產業持續開拓未來。

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