FinFET到GAA：先进制程，先要“支棱起来”

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。