22nm以下制程为什么要引入FinFET?

随着芯片特征尺寸的不断减小，传统的平面MOSFET由于短沟道效应的限制，难以继续按摩尔定律缩小尺寸。因此，引入了FinFET，有效地解决了这个问题。FinFET成为 14 nm、10 nm 和 7 nm 工艺节点的主流的栅极设计。

什么是短沟道效应？

在MOSFET中，当沟道长度缩短到接近晶体管源极和漏极之间距离时，会出现阈值电压降低，沟道长度变化，热载流子效应等不利情况。因此，在22nm以下短沟道效应更加严重，因此传统的MOSFET已无法胜任需求。

FinFET是什么？

FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效应晶体管）,是MOSFET设计的一次重大进步。其栅极放置在沟道的两侧、三侧、四侧或缠绕在沟道上，形成双栅甚至多栅结构。如下图：

其中，鳍（Fin）位于硅基底上方的细长竖直结构。这个鳍形成了晶体管的沟道区域，电流会在这个区域流动。而鳍的高纵横比增加了栅极控制沟道的表面积，可以更精确地控制电流。

源极（Source）和漏极（Drain）：图中标出的源极和漏极分别位于鳍的两端。源极与漏极是晶体管的主要电极，其中源极是电流的入口，漏极是电流的出口。

栅极（Gate）：覆盖在鳍的侧面和顶部的是栅极材料，栅极可以通过电压来控制沟道中的电流。

氧化层（Oxide）：栅极与鳍之间的氧化层起到绝缘的作用，防止电流直接从栅极流入沟道。在传统的MOSFET中，这一层通常是二氧化硅（SiO2），而在FinFET设计中，这一层可以是高介电常数材料，以提高栅极电容，同时降低栅漏电流。

硅基底（Silicon Substrate）：整个FinFET结构构建在硅基底之上。

FinFET相对于传统MOSFET的优势

传统MOSFET是平面工艺，而FinFET 是3D工艺，其栅极从三个面控制沟道，这使它在栅极和沟道之间形成的表面积更大，可以更精确更紧密地控制电流并减少泄漏，并具有更快的开关速度。

文章来源：Tom Tom聊芯片智造