芯片巨头们已着手研发下一代CFET技术

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合
国内外开始积极探索下一代先进晶体管技术。

外媒eNewsEurope 报道，英特尔(Intel) 和台积电将在国际电子元件会议(IEDM) 公布垂直堆叠式(CFET) 场效晶体管进展，使CFET 成为十年内最可能接替闸极全环电晶(GAA ) 晶体管的下一代先进制程。

英特尔的 GAA 设计堆叠式 CFET 晶体管架构是在 imec 的帮助下开发的，设计旨在增加晶体管密度，通过将 n 和 p 两种 MOS 器件相互堆叠在一起，并允许堆叠 8 个纳米片（RibbonFET 使用的 4 个纳米片的两倍）来实现更高的密度。目前，英特尔正在研究两种类型的 CFET，包括单片式和顺序式，但尚未确定最终采用哪一种，或者是否还会有其他类型的设计出现，未来应该会有更多细节信息公布。

此前在 2021 年的“英特尔加速创新：制程工艺和封装技术线上发布会”上，英特尔已经确认了 RibbonFET 将成历史，在其 20A 工艺上，将引入采用 Gate All Around（GAA）设计的 RibbonFET 晶体管架构，以取代自 2011 年推出的 FinFET 晶体管架构。新技术将加快了晶体管开关速度，同时实现与多鳍结构相同的驱动电流，但占用的空间更小。

虽然，大多数早期研究以学术界为主，但英特尔和台积电等半导体企业现在已经开始这一领域的研发，借此积极探索这种下一代先进晶体管技术。

英特尔表示，研究员建构一个单片3D CFET，含三个n-FET 纳米片，层叠在三个p-FET 纳米片上，保持30 纳米垂直间隙，取名为采用电源通孔和直接背面元件触点60 纳米闸极间距堆叠式CMOS 逆变器示范，描述60 纳米闸极间距利用CFET 功能逆变器测试电路。采垂直分层双电源漏外延和双金属闸极堆叠，结合PowerVia 背后供电。

为了不被对手超越，台积电也会展示如何达成CFET。此为客制逻辑芯片，有48 纳米栅极间距，专注放在p 型晶体管上的分层n 型纳米片晶体管，拥有跨越六个等级的卓越开关电流比。

台积电CFET 晶体管已证明耐用性超过90% ，且成功通过测试。虽然台积电承认需要研究更多，才能充分利用CFET 技术，但是实现CFET 晶体管技术的关键。CFET 明显转变晶体管设计，允许垂直堆叠两个晶体管安装至一个晶体管面积内，增加晶体管密度，且不仅为提高空间使用提供解决方案，还促进更精简CMOS 逻辑电路布局，有利提高设计效率。

CFET 既有结构可能会减少寄生效应，逐渐提高性能和功率效率。结合适应性设计与背面供电等创新，可简化制程复杂性，使CFET 成为晶体管领域愿景。英特尔和台积电的努力，也突显CFET 技术对半导体产业未来的重要性。

复旦大学研发出异质CFET技术

复旦大学研究团队：周鹏教授、包文中研究员及万景研究员，创新地提出了硅基二维异质集成叠层晶体管。该技术将新型二维原子晶体引入传统的硅基芯片制造流程，绕过EUV光刻工艺，实现了晶圆级异质CFET技术。

该团队利用硅基集成电路的成熟后端工艺，将二硫化钼(MoS2)三维堆叠在传统的硅基芯片上，形成p型硅-n型二硫化钼的异质互补CFET结构。结果证明，在相同的工艺节点下实现了器件集成密度翻倍，并获得了卓越的电学性能。

简单来说，就是该团队研发出的异质CFET技术，是设计了一种晶圆级硅基二维互补叠层晶体管，不需要用到EUV，也可以实现晶体管密度翻倍。随着芯片工艺制程不断进步，就需要尺寸更小、功能更强大的晶体管，同时，会让制程微缩到一定程度，原本的晶体管技术就会出现静电、漏电问题。因此，晶体管技术也随着工艺迭代加快升级，而升级的重点在于提升静电性能、控制漏电流。

比如，22nm工艺之后，FinFET取代MOSFE工艺，3nm工艺时代，GAAFET取代FinFET工艺，再先进的工艺（比如2nm以下），CFET将取代GAAFET工艺。因此，CFET是GAAFET工艺的迭代技术，也称之为全硅基CFET技术。

这对于国内自主发展新型集成电路技术具有重要意义。毕竟，在中企无法获得先进的EUV光刻机下，该技术给予了另一种可行性研究方向。如果一旦成功应用，那么将会绕过EUV光刻机的问题，制造出更先进的芯片。

以及CFET属于下一代晶体管技术，是未来发展的重点，该技术的研发有利于我们取得先机。特别是在关键技术专利方面，先取得更多的研究成果与专利，对于后期芯片制程的发展是更有利的。