胡正明續寫(xiě)摩爾傳奇 FinFET/FD-SOI廠(chǎng)商如何押寶？

　　近日格羅方德12英寸晶圓廠(chǎng)落戶(hù)中國成都引起業(yè)界關(guān)注，為何?因為FD-SOI技術(shù)。

　　眾所周知，當柵極長(cháng)度逼近20nm大關(guān)時(shí)，對電流控制能力急劇下降，漏電率相應提高。FinFET與FD-SOI恰是半導體微縮時(shí)代續命的高招。

　　盡管FinFET與FD-SOI師出同門(mén)，但是，兩者卻被“陣營(yíng)化”，FinFET陣營(yíng)占據絕對優(yōu)勢。格羅方德是為數不多的FD-SOI技術(shù)堅守與推動(dòng)者了。FD-SOI能是否叫板FinFET?希望格羅方德12英寸晶圓廠(chǎng)能給出答案。

　　今天我們就來(lái)談?wù)凢inFET與FD-SOI技術(shù)的發(fā)明者胡正明教授。

　　胡正明，1947年7月出生于北京豆芽菜胡同，在臺灣長(cháng)大，1973年獲美國加州大學(xué)伯克利分校博士學(xué)位，曾任臺積電首席技術(shù)官?，F任美國加州大學(xué)伯克利分校杰出講座教授、北京大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)系兼職教授、中國科學(xué)院微電子所榮譽(yù)教授、臺灣交通大學(xué)(新竹)微電子器件榮譽(yù)教授、1991-1994年任清華大學(xué)(北京)微電子學(xué)研究所榮譽(yù)教授。1997年當選為美國工程科學(xué)院院士。2007年當選中國科學(xué)院外籍院士。FinFET技術(shù)發(fā)明人、FD-SOI工藝發(fā)明人、國際微電子學(xué)家。

　　1999年，胡正明教授在美國加州大學(xué)領(lǐng)導著(zhù)一個(gè)由美國國防部高級研究計劃局出資贊助的研究小組，當時(shí)他們的研究目標是CMOS技術(shù)如何拓展到25nm及以下領(lǐng)域。因為當柵極長(cháng)度逼近20nm大關(guān)時(shí)，對電流控制能力急劇下降，漏電率相應提高。傳統的平面MOSFET結構中，已不再適用。而到2010年時(shí)，Bulk CMOS(體硅)工藝技術(shù)會(huì )在20nm走到盡頭。

　　胡教授提出了有兩種解決途徑：一種立體型結構的FinFET晶體管(鰭式晶體管，1999年發(fā)布)，另外一種是基于SOI的超薄絕緣層上硅體技術(shù) (UTB-SOI，也就是FD-SOI晶體管技術(shù)，2000年發(fā)布)。

　　FinFET和FD-SOI工藝的發(fā)明得以使10nm/14nm/16nm摩爾定律在今天延續傳奇。

　　也正是因為FinFET技術(shù)，美國總統奧巴馬于2016年5月19日在白宮為胡正明頒發(fā)美國國家科學(xué)獎?wù)隆?/p>

　　下面我們就簡(jiǎn)單看看FinFET與FD-SOI技術(shù)。

　　對于MOS而言，左邊為源極，右邊為漏極(也稱(chēng)為汲極)，中間為柵極(也稱(chēng)為閘極)，柵極下方有一層厚度很薄的氧化物。因為中間由上而下依序為金屬、氧化物、半導體，因此稱(chēng)為MOS。

　　隨著(zhù)晶體管尺寸的縮小，源極和柵極的溝道不斷縮短，當溝道縮短到一定程度的時(shí)候，量子隧穿效應就會(huì )變得極為容易。換言之，就算沒(méi)有加電壓，源極和漏極都可以認為是互通的，晶體管就失去了本身開(kāi)關(guān)的作用，沒(méi)有辦法實(shí)現邏輯電路。

　　FinFET

　　由胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授發(fā)明了，實(shí)現了兩點(diǎn)突破，一是把晶體做薄后解決了漏電問(wèn)題，二是向上發(fā)展，晶片內構從水平變成垂直即二維變成三維。

　　FinFET結構看起來(lái)像魚(yú)鰭，所以也被稱(chēng)為鰭型結構，其最大的優(yōu)點(diǎn)是Gate三面環(huán)繞D、S兩極之間的溝道(通道)，實(shí)際的溝道寬度急劇地變寬，溝道的導通電阻急劇地降低，流過(guò)電流的能力大大增強;同時(shí)也極大地減少了漏電流的產(chǎn)生，這樣就可以和以前一樣繼續進(jìn)一步減小柵長(cháng)。