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FinFET 的发展概况
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2024-08-14 | 534 次浏览 | 分享到:

依据胡正明教授的研究结果,有两种途径可以实现工艺特征尺寸进入到小于25nm工艺制程:一种是采用三维立体型结构的 FinFET晶体管代替平面结构的MOSFET作为集成电路的晶体管。图2-51 所示为SOI 和体 FinFET 晶体管的立体图。FinFET 晶体管凸起的沟道区域是一个被三面栅极包裹的鳍状半导体。沿源-漏方向的鳍与栅重合区域的长度为晶体管沟道长度。栅极三面包裹沟道的结构增大了栅与沟道的面积,增强了栅对沟道的控制能力,同时栅极到内部鳍的距离缩小了,从而使栅极可以有效地控制沟道降低了器件关闭时的漏电流,抑制短沟道效应。研究发现为了更好的抑制 DIBL,需要满足Lg/Wfin大于1.5,Lg是栅长,Wfin是鳍宽度,对于25nm 栅长的晶体管,Wfin大约16.7nm。另外一种是基于SOI 的超薄绝缘层上的平面硅技术,称 UTB-SOI (Ultra Thin Body SOI, 超薄体 SOI),也就是 FD-SOI晶体管,研究发现要使 UTB-SOI 正常工作,绝缘层上硅膜的厚度应限制在栅长的四分之一左右。对于25nm 栅长的晶体管,UTB-SOI 的硅膜厚度应被控制在6nm 左右。UTB-SOI 的顶层硅薄膜厚度很小,晶体管的沟道紧贴栅,使栅可以有效地控制沟道,从而降低了器件关闭时的漏电流,抑制短沟道效应。图2-52所示为 UTB-SOI 晶体管的立体图。

有关FinFET和UTB-SOI 的技术文章发表以后,当时半导体厂商根本没有技术能力可以制造出顶层硅薄膜厚度6nm 的SOI 晶圆,也就是没办法实现 UTB-SOI,所以几乎所有半导体厂商的研发方向都转向了 FinFET技术。

2001年,15nm FinFET被制造出来,它的栅长度只有20nm,沟道宽度10nm,栅介质层的电性厚度 2.1nm。

2002年,10nm FinFET被制造出来,它的栅长度只有10nm,沟道宽度12nm,栅介质层的电性厚度1.7nm。

2004年,HKMG FinFET被制造出来,它的栅长度只有50nm,沟道宽度60nm,栅介质层高K材料是HfO2,功函数材料是钼(Mo)。

2009年,法国Soitec公司推出了可以实现UTB-SOI 技术的12in(300mm)的SOI晶圆样品,这些晶圆的原始硅顶层薄膜厚度只有12nm,需要经过处理去掉6nm 厚度的硅膜,最后便可得到6nm 厚度的硅膜,这便为 UTB-SOI 技术的实用化铺平了道路。