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FinFET器件结构发展综述

2021年电子技术应用第1期

熊倩1，马奎1，2，杨发顺1，2

1.贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳550025； 2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心，贵州贵阳550025

摘要： 随着集成电路技术日新月异的发展，器件尺寸不断缩小，当场效应晶体管沟道缩短至22 nm以后，传统平面场效应晶体管不再满足发展的需求。FinFET是一种新型的三维器件，由于良好的性能目前被广泛研究应用。主要介绍了FinFET器件的基础结构以及基础工艺流程，以及在基础结构上所发展起来的一些改良后的FinFET器件结构。最后结合实际对未来FinFET器件结构的发展寄予展望。

關(guān)鍵詞： 场效应晶体管 FinFET 器件结构工艺

中圖分類(lèi)號(hào)： TN386
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200512
中文引用格式： 熊倩，馬奎，楊發(fā)順. FinFET器件結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(1)：21-27.
英文引用格式： Xiong Qian，Ma Kui，Yang Fashun. Overview of FinFET device structure development[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(1)：21-27.

Overview of FinFET device structure development

Xiong Qian1，Ma Kui1，2，Yang Fashun1，2

1.College of Big Data and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，Chnia； 2.Semiconductor Power Device Reliability Engineering Research Center of Ministry of Education，Guiyang 550025，China

Abstract： With the rapid development of integrated circuit technology, the size of devices continues to shrink. When the channel of the field effect transistor is shortened to 22 nm, the traditional planar field effect transistor no longer meets the development needs. FinFET is a new type of three-dimensional device, which is currently widely researched and applied due to its good performance. It mainly introduces the basic structure and basic process flow of FinFET devices, as well as some improved FinFET device structures developed on the basic structure. Finally, combined with the reality, the future development of FinFET device structure is expected.

Key words : field effect transistor；FinFET；device structure；process

0 引言

晶體管最重要的性能是控制電流的開(kāi)斷，當(dāng)晶體管的溝道縮短到一定程度時(shí)，晶體管的溝道電流很難關(guān)緊。原因是內(nèi)部電場(chǎng)的互相干擾導(dǎo)致柵極的電場(chǎng)不能發(fā)揮作用，因此會(huì)關(guān)不斷，從而形成泄漏電流。傳統(tǒng)的平面場(chǎng)效應(yīng)(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管由于受到短溝道效應(yīng)^[1-2]的作用而不能再有效地控制電流，從而產(chǎn)生三維鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fin Field-Effect Transistor，FinFET)器件^[3]。FinFET是加州大學(xué)伯克利分校的胡正明的教授發(fā)明的，主要有兩種，分別是1999年發(fā)布的基于立體型結(jié)構(gòu)的FinFET晶體管技術(shù)，2000年發(fā)布的全耗盡型絕緣襯底上的硅(Fully Depleted Silicon On Insulator，F(xiàn)OI)晶體管技術(shù)^[4]。在FinFET的架構(gòu)中，閘門(mén)呈類(lèi)似魚(yú)鰭的叉狀3D架構(gòu)，可于電路的兩側(cè)控制電路的接通與斷開(kāi)。FinFET技術(shù)的應(yīng)用是在被發(fā)明的十年后，首先推出FinFET應(yīng)用的是Intel，在22 nm工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足溝道縮短的進(jìn)一步發(fā)展。2013年Intel推出了第一代22 nm FinFET工藝，該工藝是采用體硅FinFET結(jié)構(gòu)。2014年后Intel發(fā)布了14 nm FinFET技術(shù)，采用的也是體硅FinFET。隨后各大廠商如格羅方德、三星、臺(tái)積電等也開(kāi)始轉(zhuǎn)進(jìn)到FinFET工藝當(dāng)中^[5]。

本文首先梳理了體硅FinFET和SOI FinFET的結(jié)構(gòu)形式以及部分被應(yīng)用較廣泛結(jié)構(gòu)的工藝，以及在體硅和SOI技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的其他結(jié)構(gòu)形式。著重總結(jié)了各種新型FinFET形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最后對(duì)FinFET器件具有更好性能的結(jié)構(gòu)形式的未來(lái)工作進(jìn)行展望。

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作者信息:

熊倩1，馬奎1，2，楊發(fā)順1，2

(1.貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025；

2.半導(dǎo)體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州貴陽(yáng)550025)

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