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FinFET器件結構發展綜述

2021年電子技術應用第1期

熊倩1，馬奎1，2，楊發順1，2

1.貴州大學大數據與信息工程學院，貴州貴陽550025； 2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州貴陽550025

摘要： 隨著集成電路技術日新月異的發展，器件尺寸不斷縮小，當場效應晶體管溝道縮短至22 nm以后，傳統平面場效應晶體管不再滿足發展的需求。FinFET是一種新型的三維器件，由于良好的性能目前被廣泛研究應用。主要介紹了FinFET器件的基礎結構以及基礎工藝流程，以及在基礎結構上所發展起來的一些改良后的FinFET器件結構。最后結合實際對未來FinFET器件結構的發展寄予展望。

關鍵詞： 場效應晶體管 FinFET 器件結構工藝

中圖分類號： TN386
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200512
中文引用格式： 熊倩，馬奎，楊發順. FinFET器件結構發展綜述[J].電子技術應用，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斷，當晶體管的溝道縮短到一定程度時，晶體管的溝道電流很難關緊。原因是內部電場的互相干擾導致柵極的電場不能發揮作用，因此會關不斷，從而形成泄漏電流。傳統的平面場效應(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管由于受到短溝道效應^[1-2]的作用而不能再有效地控制電流，從而產生三維鰭式場效應晶體管(Fin Field-Effect Transistor，FinFET)器件^[3]。FinFET是加州大學伯克利分校的胡正明的教授發明的，主要有兩種，分別是1999年發布的基于立體型結構的FinFET晶體管技術，2000年發布的全耗盡型絕緣襯底上的硅(Fully Depleted Silicon On Insulator，FOI)晶體管技術^[4]。在FinFET的架構中，閘門呈類似魚鰭的叉狀3D架構，可于電路的兩側控制電路的接通與斷開。FinFET技術的應用是在被發明的十年后，首先推出FinFET應用的是Intel，在22 nm工藝節點時傳統技術已經無法滿足溝道縮短的進一步發展。2013年Intel推出了第一代22 nm FinFET工藝，該工藝是采用體硅FinFET結構。2014年后Intel發布了14 nm FinFET技術，采用的也是體硅FinFET。隨后各大廠商如格羅方德、三星、臺積電等也開始轉進到FinFET工藝當中^[5]。

本文首先梳理了體硅FinFET和SOI FinFET的結構形式以及部分被應用較廣泛結構的工藝，以及在體硅和SOI技術上發展起來的其他結構形式。著重總結了各種新型FinFET形式的結構特點，最后對FinFET器件具有更好性能的結構形式的未來工作進行展望。

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作者信息:

熊倩1，馬奎1，2，楊發順1，2

(1.貴州大學大數據與信息工程學院，貴州貴陽550025；

2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州貴陽550025)

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