現在，芯片制造商在14/16nmFinfet制程的競爭進入了白熱化階段，而下一階段的10nm和7nm的角逐也進入了預熱階段。與此同時，業界也正在推動工藝制程走向5nm。

　　TSMC表示，他們希望在2020年推出其5nm的工藝，而三星、格羅方德和英特爾也都在這個節點上投入了大量的金錢進行研發。

　　但我們可以明確知道的是，在5nm的時候，芯片制造商會面臨很多未知的挑戰。最基本的一點，我們連5nm真正到來時間和具體規格都沒能確定。更不用說可能面對的技術和經濟方面的挑戰。退一萬步，就算5nm真的確定下來，按照目前的演進，最終也就是只有幾家公司能夠承擔起5nm制程的高昂費用。

　　“我目前的想法是5nm是會實現，但是直到2020年前，我們都不會看到大批量的投產”，Gartner的分析師Bob Johnson表示。如果你問我真正的量產時間，我覺得這個時間會是2021或者20222年，Bob補充說。

　　根據Bob的觀點，設計一個可用的5nm SoC的成本會達到5億美元，對比于7nm SoC的2.71億美元，成本基本翻了一番。

　　和28nm 的平面型器件相比，更是天價，前者的價格是后者的9倍。

　　對于那些想把制程推進到5nm的企業來說，他們只有兩個選擇，一個是FinFet，另一個是橫向的gate-all-around FET。

　　Gate-all-around （GAA），有時候被稱作橫向納米線場效應管。這是一個周邊環繞著gate的FinFet。

　　實際上，業界也圍繞GAA上做了很多功夫。

　　按照Intel架構和集成方面的資深Fellow Mark Bohr的觀點，GAA晶體管能夠提供比FinFet更好的靜電特性，這個可滿足某些柵極寬度的需求。

　　但業界關于GAA的討論還沒有定性，因為還有些廠商考慮在5nm的時候使用FinFET。

　　除了架構之外，5nm還要面臨的一個挑戰就是市場的容量問題。5nm的投資回報比也是業界顧慮的一個因素。Bobr方面認為， 5nm的世代是會出現，且會覆蓋很多類型的產品。

　　就目前情況看來，盡管Fab廠面臨的挑戰比較多，但GAA引起的爭議還是比較大的。因為它會給patterns， gates， 納米線和內部連接帶來極大的挑戰。除此之外，制程控制對晶圓廠來說也是一個噩夢。當然，如何平衡GAA Fet的成本也是很關鍵的。

　　為了幫助業界了解更多關于GAA Fet的細節，我們特意帶大家去了解一下這個基本的制程流程和這個技術將會面臨的挑戰。另外，我們還會帶大家去關注以下未來的設備，例如omplementaryFETs和垂直納米線。

　　Gate-all-around是什么？

　　現在的業界在FinFet上的競爭已經進入了白熱化階段，但是他們當中沒有一個能夠取得領先位置。

　　例如在邏輯器件里面，其甜蜜節點依然是40nm和28nm這兩個平面節點。

　　很多晶圓廠最近在28nm的營收表現甚至出現了很大幅度的攀升，尤其是在通信那塊。UMC的CEO顏博文表示。在UMC最近的一個電話會議里面，他提到UMC的28nm產線的使用率在2016年第三季度上升到90%，較前一季度的70%有了很大的提升，他補充說。

　　高端市場持續升溫。

　　制程從22nm到16nm/14nm演變的過程中，芯片制造商的晶體管從平面型進化到FinFet，其中最大的一個原因就是FinFet可以解決平面型設備的短溝道問題。在FinFet的時候，通過在Fin的三面環繞gate，可以達到很好的控制電流的效果。最后，FinFET終于走進了主流。

　　三星的晶圓市場高級經理Kelvin Low表示，在7nm前，我們已經看到了挑戰。我們傾向于在縮小CPP的時候提高Vcc（工作電壓），但我們認為我們在7nm的CPP尺寸面臨了很大的挑戰。因此我們認為這需要不一樣的設備結構和不同的技術去滿足這種需求。

　　此外，內部銅導線在現在的節點變得越來越緊湊，這就提高了芯片的RC延遲，我們希望RC延遲得到很好的蓋上，Low表示。

　　根據主流的觀點，他們認為FinFet是可以擴展到5nm的，雖然這需要一些新的溝道材料的支持，例如為 pMOS注入SiGe。

　　應用材料的策略規劃主管Mike Chudzik表示，這樣做可以不但可以讓你獲得想要的性能，還不需要縮小fin的高度。但實際上，這樣做是不允許你去縮小的柵極長度，但改善了移動性。

　　一旦fin的寬度到了5nm，FinFet就會失去動力。

　　“你可以縮小你的fin，但你會發現，你會受到量子限制，在你的fin變窄的時候，你的能帶隙會提升，然后你的閾值電壓就會發生漂移”，Chudzik說。

　　這就是為什么芯片制造商對GAA產生興趣，GAA比我們現在做的所有東西都要復雜，但對于FinFet來說，這是一個自然進化。Lam Research.的CTO和高級VP Dave Hemker表示。

　　從表面上看，GAA和柵極夾雜在源極和漏極之間的MOSFET很類似。另外，GAA 同樣包含了Finfet，但和目前fin是垂直使用的Finfet不同，GAA的Finfet是在旁邊。

　　GAA Fet包含了三個或者更多的納米線，形成溝道的納米線懸空且從源極跨到漏極。其尺寸是驚人的。IMEC最近介紹的一個GAA fet的納米線只有8nm直徑。

　　控制電流流動的HKMG架構能夠填補源極和漏極之間的差距。

　　于是，問題已經很清晰了，我們為什么需要GAA。

　　“實際上，我認為在其在靜電學上面的性能是不夠優越的”，應用材料的Chudzid表示。你對GAA抱有期望是因為其可變性以及其可變的性能。

　　Coventor的CTO DavidFried也認同這個觀點。