最近，中國微電子所集成電路先導工藝研發中心在下一代新型FinFET邏輯器件工藝研究上取得重要進展。微電子所殷華湘研究員的課題組，利用低溫低阻NiPt硅化物在新型FOI FinFET上實現了全金屬化源漏（MSD），能顯著降低源漏寄生電阻，從而將N/PMOS器件性能提高大約30倍，使得驅動性能達到了國際先進水平。

基于本研究成果的論文被2016年IEEE國際電子器件大會（IEDM）接收，并在IEDM的關鍵分會場之一——硅基先導CMOS 工藝和制造技術（PMT）上，由張青竹做了學術報告。

那么，這個新型FinFET邏輯器件工藝是干啥用的呢？通俗的說就是下一用來制造CPU等邏輯器件的工藝，舉例來說，現在14/16nm芯片大多采用FinFET工藝，而這個新型FinFET則是國內對下一代工藝的有益探索。

| FinFET和SOI

在介紹微電子所開發出的新工藝之前，先介紹下FinFET和FD-SOI工藝。

FinFET 中的 Fin是指鰭式，FET是指場效應晶體管，合起來就是鰭式場效應晶體管。在FinFET問世前，一直在使用MOSFET，但由于當柵長小于20nm的情況下，源極和漏極過于接近且氧化物也愈薄，這很有可能會漏電現象。

因此，美國加州大學伯克萊分校胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授發明了FinFET，把原本 2D 構造的 MOSFET 改為 3D 的 FinFET，由于構造很像魚鰭，也就得名“鰭式”。

2015年，胡正明教授憑借在FinFET上的貢獻榮獲美國年度國家技術和創新獎。根據胡正明教授本人的介紹，FinFET實現了兩個突破：一是把晶體做薄并解決了漏電問題，二是向上發展，晶片內構從水平變成垂直，也就是把2D的MOSFET 變為 3D 的 FinFET。

而這種做法有怎樣的效果呢？

臺積電就曾表示：16nm FinFET工藝能夠顯著改進芯片性能、功耗，并降低漏電率，柵極密度是臺積電28nm HPM工藝的兩倍，同等功耗下速度可以加快超過40％，同頻率下功耗則可以降低超過60％。

值得一提的是，被三星挖走的前臺積電員工梁孟松的博士論文指導教授就是胡正明，想必這也是三星能夠在14nm FinFET上實現大躍進的原因之一吧。

相對于在晶體管上做文章的FinFET，SOI工藝則著眼于晶片底襯。

SOI （Silicon-On-Insulator絕緣體上硅）是指絕緣層上的硅，是一種用于集成電路集成電路的供應商制造的新型原材料。SOI技術作為一種全介質隔離技術，可以用來替代硅襯底。FD-SOI就是在襯底上做文章，在晶體管相同的情況下，采用FD-SOI技術可以實現在相同功耗下性能提高30%左右，或者在相同性能下，功耗降低30%左右。

根據格羅方德公布的數據：

22nm FD-SOI工藝功耗比28nmHKMG降低了70%；

芯片面積比28nmBulk縮小了20%；

光刻層比FinFET工藝減少接近50%；

芯片成本比16/14nm低了20%。

如果格羅方德發布的數據屬實，那么，22nm FD-SOI擁有堪比14/16nm FinFET的性能和功耗，但芯片的成本卻與28nm相當。而且格羅方德還表示：若是將制程提升到14nm，相對于28nm SOI的會有35%的性能提升，功耗也會降到原來的一半。

另外，SOI還具有了較高的跨導、降低的寄生電容、減弱的短溝效應、較為陡直的亞閾斜率，與體硅電路相比，SOI電路的抗輻照強度提高了100倍。在高溫環境下，SOI器件性能明顯優于體硅器件。

那么，為何FinFET會成為主流，即便是掌握了22nm FD-SOI工藝的格羅方德還是購買了三星的14nm FinFET技術授權呢？

原因就在于采用SOI工藝成本較高，而且現階段Intel和臺積電在硅襯底上能夠做出滿足要求的芯片，所以依舊使用硅襯底，臺積電市場份額巨大，而Intel有最好的技術，兩家選擇了FinFET，自然而然整個產業鏈就跟著走，SOI工藝也就只能在射頻和傳感器市場找存在感了。

| 摩爾定律放緩是微電子所自主工藝的機會

由于技術和商業上的原因，摩爾定律也失去了效力，而且受制于光刻技術、硅材料的極限等因素，若要再進一步提升芯片性能，將FinFET和SOI相結合的道路不失為解決之道——采用FinFET+SOI襯底來提升芯片性能，畢竟FinFET（晶體管）+FD-SOI（底襯）顯然是優于FinFET（晶體管）+硅襯底的。

而且由于商業上的原因，在制程大于28nm的情況下，隨著芯片制程的提升，成本會逐漸降低，但是在芯片制程達到28nm以后，單個晶體管的成本卻不降反升。這使得X nm FinFET（晶體管）+FD-SOI（底襯）的做法不僅在性能上不會遜色于Y nm FinFET（晶體管）+硅襯底（X》Y），與在商業上也很可能是有一定優勢的。而這也是兼容主流體硅FinFET工藝，通過體硅襯底形成介質隔離的類SOI器件（FOI FinFET）已經成為重要的研究方向的原因。

而微電子所的新工藝就類似于FinFET（晶體管）+FD-SOI（底襯）的思路，根據微電子所官方介紹可以整理，新型FinFET器件工藝有以下特點：

一是針對FOI FinFET的固有缺陷，采用基于低溫低阻NiPt硅化物的全金屬化源漏在介質隔離上可以有效消除常規體fin上的漏電影響，并大幅降低源漏寄生電阻。使實際物理柵長為20nm的FOI FinFET的源漏接觸電阻和方塊電阻分別減小10倍和1.1倍，從而將N/P型FOI FinFET器件性能提高大約30倍，并且維持新結構的優異短溝道抑制特性。

二是由NiPt全金屬源漏與Si界面的晶格失配在溝道中產生了附加張應力，有效地增強了電子遷移率，為N型 FOI FinFET的溝道遷移率增強技術提供新的集成方案。

三是通過肖特基源漏（SBSD）技術使源漏寄生電阻進一步降低，有效地提升了P型 FOI FinFET器件驅動性能（大于50%）。研究結果表明，全金屬化源漏FOI FinFET相比類似工藝的常規FinFET漏電降低1個數量級，驅動電流增大2倍，驅動性能在低電源電壓下達到國際先進水平。由于替代了傳統的源漏SiGe外延技術，與極小pitch的大規模FinFET器件的兼容性更好，有助于降低制造成本，提高良品率，具有很高的技術價值。

也正是因此，微電子所的新型FinFET器件工藝能夠得到IBM、意法半導體等國際知名主流集成電路公司的青睞。

最后要說的是，能否被商業化，技術指標是一方面，產業聯盟也非常重要。如果國內研究所、企業能夠和IBM、意法半導體、格羅方德等公司組成產業聯盟，共同推廣這項工藝，也許能有所斬獲。