胡正明續(xù)寫摩爾傳奇 FinFET/FD-SOI廠商如何押寶？

　　近日格羅方德12英寸晶圓廠落戶中國成都引起業(yè)界關注，為何?因為FD-SOI技術。

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

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

　　今天我們就來談談FinFET與FD-SOI技術的發(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，在臺灣長大，1973年獲美國加州大學伯克利分校博士學位，曾任臺積電首席技術官?，F(xiàn)任美國加州大學伯克利分校杰出講座教授、北京大學計算機科學技術系兼職教授、中國科學院微電子所榮譽教授、臺灣交通大學(新竹)微電子器件榮譽教授、1991-1994年任清華大學(北京)微電子學研究所榮譽教授。1997年當選為美國工程科學院院士。2007年當選中國科學院外籍院士。FinFET技術發(fā)明人、FD-SOI工藝發(fā)明人、國際微電子學家。

　　1999年，胡正明教授在美國加州大學領導著一個由美國國防部高級研究計劃局出資贊助的研究小組，當時他們的研究目標是CMOS技術如何拓展到25nm及以下領域。因為當柵極長度逼近20nm大關時，對電流控制能力急劇下降，漏電率相應提高。傳統(tǒng)的平面MOSFET結構中，已不再適用。而到2010年時，Bulk CMOS(體硅)工藝技術會在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 (UTB-SOI，也就是FD-SOI晶體管技術，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(xù)傳奇。

　　也正是因為FinFET技術，美國總統(tǒng)奧巴馬于2016年5月19日在白宮為胡正明頒發(fā)美國國家科學獎章。

　　下面我們就簡單看看FinFET與FD-SOI技術。

　　對于MOS而言，左邊為源極，右邊為漏極(也稱為汲極)，中間為柵極(也稱為閘極)，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，因此稱為MOS。

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

　　FinFET

　　由胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授發(fā)明了，實現(xiàn)了兩點突破，一是把晶體做薄后解決了漏電問題，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結構看起來像魚鰭，所以也被稱為鰭型結構，其最大的優(yōu)點是Gate三面環(huán)繞D、S兩極之間的溝道(通道)，實際的溝道寬度急劇地變寬，溝道的導通電阻急劇地降低，流過電流的能力大大增強;同時也極大地減少了漏電流的產生，這樣就可以和以前一樣繼續(xù)進一步減小柵長。