finfet基本原理

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FinFET基本原理

1.1 引言

随着半导体器件特征尺寸按摩尔定律等比缩小, 芯片集成度不断提高，出现的众多负面效应使传统的平面型MOSFET在半导体技术发展到22nm时遇到了瓶颈，尤其是短沟道效应显著增大，导致器件关态电流急剧增加．尽管提高掺杂浓度可以在一定程度上抑制短沟道效应，然而高掺杂沟道会增大库伦散射，使载流子迁移率下降．

目前，针对此问题已经提出了多种可能的解决措施，主要包括全耗尽绝缘体上硅技术（FDSOI）及三维立体FinFET等．

FinFET最早由胡正明教授提出，是一种新的互补式金氧半导体(CMOS)晶体管，是由一个垂直硅鳍控制的自对准双栅[1]。

1.2 FinFET原理

FinFET与平面型MOSFET结构的主要区别在于其沟道由绝缘衬底上凸起的高而薄的鳍（fin）构成,源漏两极分别在其两端，三栅极紧贴其侧壁和顶部，用于辅助电流控制，如图1。

这种鳍形结构增大了栅围绕沟道的面,加强了栅对沟道的控制，从而可以有效缓解平面器件中出现的短沟道效应，大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage)，也可以大幅缩短晶体管的闸长也正由于该特性，FinFET无需高掺杂沟道，因此能够有效降低杂质离子散射效应，提高沟道载流子迁移率[1]。

图1 FinFET typical layout and schematic cross sectional structures.

这种结构的特点有以下5点：

1) 用来抑制短沟道效应的超薄si鳍

2) 两个栅极是自对准的，同时和源漏也是对准的

3) 在源漏区生长多晶硅，可以减少寄生电阻

4) 短的（50nm）si鳍是一个准平面结构

5) 栅极后制作工艺，和低温，高k栅介质相兼容

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