鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）是立體多柵器件的一種，其主要特征是由魚(yú)鰭形（Fin）的薄層硅構(gòu)成折疊的導(dǎo)電通道，并由雙面或三面折疊包圍的柵極控制，如圖6-5所示。較薄的溝道和多柵控制提高了器件的柵控能力，可以保證器件工作于全耗盡狀態(tài)。與平面CMOS器件相比，F(xiàn)inFET因其三維全耗盡的結(jié)構(gòu)，在抑制短溝道效應(yīng)、提高器件性能、降低功耗等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)；由于FinFET的短溝道效應(yīng)控制較好，因此溝道摻雜濃度可顯著降低，從而改善遷移率下降和隨機(jī)摻雜漲落問(wèn)題；雙柵或多柵FinFET可明顯改善器件亞閾值斜率，優(yōu)化后的亞閾值斜率可接近60mV/decade；在相同的硅片投影面積上，F(xiàn)inFET可形成更寬的有效溝道，從而提高芯片的驅(qū)動(dòng)能力。
FinFET由美國(guó)加州伯克利分校的胡正明（Chenming Hu）團(tuán)隊(duì)在1999年命名，其原型為DELTA(Depleted Lean- Channel Transistor)器件。英特爾公司將類似器件稱為三柵晶體管（Tri- Gate Transistor），在技術(shù)文獻(xiàn)中一般將這種基于Fin并具有多柵結(jié)構(gòu)的器件（無(wú)論雙柵還是三柵），都稱為FinFET。
2006年之前，F(xiàn)inFET的制備尚未引入源漏選擇性外延和應(yīng)變硅技術(shù)，因此其驅(qū)動(dòng)電流普遍較低。而對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，無(wú)法靈活地改變溝道寬度，所以離量產(chǎn)應(yīng)用尚有距離。英特爾公司在2006年發(fā)表的論文中采用了源漏外延的方法來(lái)增加應(yīng)力和源漏接觸面積，從而提高遷移率，降低串聯(lián)電阻，F(xiàn)inFET 獲得了足夠的驅(qū)動(dòng)能力，nFET和pFET的電流驅(qū)動(dòng)能力均達(dá)到1mA/um以上。此外，在設(shè)計(jì)中，F(xiàn)inFET溝道寬度的調(diào)整可通過(guò)Fin的不同數(shù)量來(lái)變通實(shí)現(xiàn)，這就為FinFET的量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
FinFET在量產(chǎn)應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)：Fin具有較大的高寬比，這對(duì)于Fin的圖形化及精確控制，表面光滑及缺陷去除處理，摻雜注入，以及后續(xù)工藝中對(duì)Fin的無(wú)損傷保護(hù)等都有很高的難度；由于Fin的存在，非平面的硅片表面給柵，側(cè)墻等工藝的刻蝕和填充等都帶來(lái)了挑戰(zhàn)；Fin的厚度存在一定的優(yōu)化值，厚度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流過(guò)??；增加Fin的高度可以獲得更大的有效溝道寬度，但是也會(huì)增加寄生電容；通過(guò)Fin的數(shù)量實(shí)現(xiàn)的有效溝道寬度變化存在離散化、非連續(xù)的特點(diǎn)，給電路設(shè)計(jì)的靈活性帶來(lái)問(wèn)題。
在22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)之前，采用了高k金屬柵的平面CMOS技術(shù)尚能滿足量產(chǎn)的需要，再加上FinFET技術(shù)的上述挑戰(zhàn)，以及由此帶來(lái)的成本上升，因此FinFET技術(shù)一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)量產(chǎn)，并從16nm/14nm節(jié)點(diǎn)開(kāi)始成為國(guó)際主流集成電路制造廠商的首選技術(shù)。截止2017年4月，已有英特爾、三星、臺(tái)積電和格芯在16nm/14nm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了FinFET的規(guī)模量產(chǎn)，三星和臺(tái)積電也已開(kāi)始進(jìn)行10nmFinFET技術(shù)的量產(chǎn)。2016年的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，F(xiàn)inFET技術(shù)可在16nm/14nm、10nm、7nm等節(jié)點(diǎn)占據(jù)主導(dǎo)地位，采用高遷移率溝道材料，如nFET使用III-V 族化合物、pFET使用Ge/SiGe材料，可進(jìn)一步提高FinFET性能，但是否能進(jìn)一步延伸至5nm節(jié)點(diǎn)尚未可知。
審核編輯：劉清