3f15835c41323968011ca300a6c30c225801f001_迈向5nm之后的时代全新GAA技术初探.pdf

Tech 迈向5nm之后的时代 全新GAA技术初探 半导体工艺发展是一个永恒的话题。从摩尔定律诞生之后，半导体产品技术的发展、性能的进步和普及速度的快慢，最 终几乎都和工艺相关。没有好的工艺，半导体产业几乎无法快速前行。不过，近期随着工艺快速进步，技术难度越来越 大，人们发现传统的工艺技术已经无法满足7nm以下的制程了。好在科学家们通过努力研发，在FinFET之后，又带来了 全新的GAA工艺，希望延续现有半导体技术路线的寿命，进一步推进产品向前发展。 文/图 李实 尺寸越小、难度越大— 更多的麻烦。 和功耗问题。解决问题的方法就是 FinFET逐渐失效 现有半导体制造的主流工艺往 FinFET，也就是将漏极和源极“立起 半导体工艺制程在进入32nm以 往采用“鳍片晶体管”也就是FinFET 来”，栅极再垂直构造，形成了经典 下的节点后，每一步都历尽艰辛。在 技术进行，它成功地延续了22nm以下 的FinFET“鳍片”结构。这种经典的 如此小的尺度上，人们习以为常的传 数代半导体工艺的发展。从技术发展 结构不但在很大程度上增厚了绝缘 统物理定律都会逐渐失去效果，量子 角度来看，平面晶体管在尺寸缩小至 层、解决了平面晶体管的隧道效应， 效应逐渐成为制程前进的拦路虎。为 22nm后，漏电流控制将变得很困难。 还为栅极带来了更多有效的接触 此，科学家和工程师们在过去的数年 这是因为势垒隧道效应导致了电流 面，使得电流阻碍降低，发热也随之 间发明了各种各样的增强技术来对抗 泄露。所谓势垒隧道效应，是指虽然 下降。 继续微缩尺度所带来的不确定性。包 源极和漏极被绝缘的物体隔开无法 从22nm时代开始，FinFET就成为 括High-K、特种金属、SOI、FinFET、EUV 导通，但是在绝缘层越来越薄之后， 各家厂商用于缩小晶体管尺寸的法 等技术纷至沓来，终于将半导体工艺 源极和漏极之间的距离也越来越近， 宝。不过再好的法宝也有失效的一 的典型尺寸推进至7nm时代、甚至5nm 最终两者过于靠近，稍微施加电压就 天。随着晶体管尺度向5nm甚至3nm 时代。但是如果要进一步向更小尺寸 会使得电子以概率的方式穿透绝缘 迈进，FinFET本身的尺寸已经缩小至 的工艺节点前行的话，人们又遇到了 层到达另外一端，这就带来了漏电流 极限后，无论是鳍片距离、短沟道效 FinFET示意图 英特尔10nm和14nm工艺对比，注意10nm工艺栅极 英特尔10nm鳍片对比14nm，注意宽高比。 距离降低至54nm。 2019年6月 90 应用与技术 应、还是漏电和材料极限也使得晶体 体管密度更高、单个晶体管典型尺寸 半导体制造问题。 管制造变得岌岌可危，甚至物理结构 更小的芯片呢？ GA A技术作为一款正处于预研 都无法完成。一个典型的例子就是，在 中的技术，各家厂商都有自己的方 5nm之后，FinFET几乎已经达到了