半導體產業趨勢 MOSFET FinFET GAAFET製程

 

1. 電晶體的種類與特性:MOSFET、FinFET、GAAFET

2. 電晶體的短通道效應(Short channel effect)

3.材料的結晶與製程:單晶、多晶、非晶

4.互補型金屬氧化物半導體場效電晶體(CMOS)

5.環繞閘極場效電晶體(GAAFET)的發展路徑

6.水平與垂直通道環繞閘極場效電晶體

20奈米以上:金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)

20奈米以下:鰭式場效電晶體(FinFET)

3奈米以下:環繞閘極場效電晶體(GAAFET :Gate All Around FET)

GAAFET 也稱為 水平奈米片（Horizontal Nanosheets ：HNS）

高介電常數金屬閘極 (HKMG: High K Metal Gate)

二氧化鉿(HfO2): 高介電常數絕緣材料的絕緣效果更好

資料來源 Samsung Prototypes First Ever 3nm GAAFET Semiconductor

短通道效應漏電: 製成越小,四邊都會漏電,所以用GAAFET

綠色部分為 high k材料

由矽單晶形成的「鰭片(Fin)」由於材料內部應力作用,又細又高的鰭片會無法維持直 立的形狀而形成「扭曲(Wiggling)」,

而且極紫外光(EUV)導入製程後,由於光子的量子效應-測不準原理(uncertainty principle)造成的隨機效應,再加上不斷縮小後,越來越細的閘極對通道的控 制能力不足,鰭狀通道底部終究還是會有漏電流。

單晶(Single crystal):整塊固體材料都形成結晶 【實例】鑽石、砷化鎵晶圓、藍寶石晶圓氧化鋁單晶)、石英(二氧化矽單晶)。

多晶(Poly crystal) : 整塊固體材料的局部區域(大約數百奈米)形成結晶

非晶(Amorphous):如果整塊固體材料都沒有形成任何结晶

單晶                                             多晶                                                非晶 

CMOS 優點:不改變狀態 不會耗電

只有改變狀態 才會耗電,稱為動態功率耗損

紅色虛線為Middle of Line (MOL)

左邊舊製程 : 會有信號干擾

右邊新製程: 用在另一側改善信號穩定度,

稱為Buried Power Rail（BPR，在電晶體下埋入電源線的構造）的Forksheet電晶體

imec在其內部達成了以下共識：

3奈米之前採用Nanosheet、

2奈米採用Forksheet、

1奈米採用CFET。

也就是說，在此次VLSI座談會上，imec也是基於以上技術藍圖而做的發表。

從FinFET到CFET，透過將Contact Poly Pitch（PP）做到最小、分離nMOS和pMOS，以達到縮小SRAM面積的效果。

1nm 以後的電晶體選擇：CFET？

三星的半導體製程戰略與3奈米製程技術發展路線 (Samsung Foundry Forum)

遙望5nm：FinFET大熱接班人水平GAA初探 原文網址：https://kknews.cc/digital/65zbl5m.html