平面晶體管：又一次？

　　并非所有人都同意平面MOSFET將走入歷史。其中最主要的代表是臺積電，該公司2月起在20nm制程中采用平面晶體管。但此舉召來了許多強烈反對，包括來自Globalfoundries的警告。設計人員對短溝道平面MOSFET的所有缺點都已經很熟悉了?？磥?，重新調整單元庫和硬IP模組還比較干脆。漏電流和閾值的變異或許會比在28nm時更糟，但設計師們現在有了更多可用工具，包括改進過的電源管理、變異容錯電路，以及統計時序分析等，都可協助他們應對這些問題。而當把所有問題端上臺面時，代工廠必須知道，他們的主要客戶──FPGA供應商、網絡IC巨擘，甚至包括ARM在內，會提出什么樣的問題。

　　不過，仍有許多人持懷疑態度。“臺積電表示會在20nm節點使用替換性金屬柵極（replacement-metal-gate）平面制程，”Novellus公司副總裁Girish Dixit觀察道，“但這個決定可能已經改變。HKMG可以控制漏電流，但平面晶體管仍然具有I-on/I-off特征缺陷?！比襞_積電的早期采用者發現自己因為平面晶體管而處于競爭劣勢，他們可能會逼迫這家代工巨擘改采FinFET半節點。而這種對峙態勢也可能出現在移動市場，在這個領域，ARM的無晶圓硅晶伙伴們將面臨來自英特爾采用最新22nm三柵極Atom處理器的競爭。

　　Fin的崛起

　　有關下一代晶體管的爭論已經持續了10年之久，但英特爾在五月宣布的22nm三柵極制程象征著新晶體管技術的一大進展。不過，英特爾的大動作或許是為了回應ARM在移動領域的快速擴張態勢，而非完全著重在原先對新晶體管技術的電路設計、大幅降低訊號雜訊的討論范疇之中。

　　英特爾三柵極元件是純粹而簡單的FinFET。業界專家們并不認為英特爾試圖營造出顯著的差異化。業界已經為新晶體管技術努力了10年之久，整個產業都致力解決短溝道效應，除了英特爾，IMEC也在開發相同的技術?！斑@個產業中許多人都在開發FinFET技術，”一位制程專家表示。“不同的是，他們選擇了先行發布?！?/p>

　　事實上，包含FinFET在內的所有下一代晶體管技術，都有一個共同的概念：全耗盡型溝道。這個概念能在溝道中賦予柵極更多在電場上的控制能力，讓柵極能完全耗盡溝道載流子。這當然也消除了溝道中的主要傳導機制，并有效地讓晶體管關閉。

　　FinFET解決方案的優勢便在其溝道，可以選擇硅表面或是絕緣氧化層，并在生成的fin上懸垂HKMG柵極堆疊。這些鰭狀（fin-shaped）溝道非常薄（圖2），而且可三面運作，其柵極可成功地建構一個完全阻塞溝道的耗盡區。

　　FinFET元件為電路設計人員提供了自130nm以來他們便夢寐以求的V-I曲線。但也同時帶來一些問題。其中之一種是便是如何構建這種元件。“要制造這些Fin結構，并在后續的處理過程中維持它們是非常困難的任務，”應用材料（Applied Materials）公司硅晶系統部門副總裁兼技術長Klaus Schuegraf說?！澳惚仨殞Ω呗柦Y構的邊緣進行蝕刻，對復雜3D表面進行均勻的摻雜，并在柵極堆疊中放置所有不同的薄膜，讓他們能完全符合這些fin的表面。這些需求都為材料和設備帶來了許多變化。掩膜層的數量或許沒有太多改變，但制程步驟必然會增加許多?！?/p>

　　圖2：Fin結構非常復雜和微妙